Самая короткая цепь питания. Пищевая цепь: примеры
Пищевая цепь - это сложная структура звеньев, в которой каждое из них взаимосвязано с соседним или же каким-либо другим звеном. Этими составляющими цепочки являются различные группы организмов флоры и фауны.
В природе пищевая цепь - это способ движения вещества и энергии в среде. Все это необходимо для развития и "строительства" экосистем. Трофическими уровнями называется сообщество организмов, которое располагается на определенном уровне.
Биотический круговорот
Пищевая цепь является биотическим круговоротом, который объединяет живые организмы и компоненты неживой природы. Данное явление также называется биогеоценозом и включает в себя три группы: 1. Продуценты. Группа состоит из организмов, которые производят пищевые вещества для других существ в результате фотосинтеза и хемосинтеза. Продуктом данных процессов являются первичные органические вещества. Традиционно, продуценты являются первыми в пищевой цепи. 2. Консументы. Пищевая цепь располагает данную группу над продуцентами, поскольку они потребляют те питательные вещества, которые произвели продуценты. В данную группу входят различные гетеротрофные организмы, к примеру, животные, съедающие растения. Различают несколько подвидов консументов: первичные и вторичные. В разряду первичных потребителей можно отнести травоядных животных, а ко вторичным - плотоядных, которые поедают описанных ранее травоядных. 3. Редуценты. Сюда относятся организмы, которые разрушают все предыдущие уровни. Наглядным примером может стать случай, когда беспозвоночные и бактерии разлагают остатки растений или мертвые организмы. Таким образом, пищевая цепь завершается, но круговорот веществ в природе продолжается, поскольку в результате данных превращений образуются минеральные и другие полезные вещества. В дальнейшем образованные компоненты используются продуцентами для образования первичной органики. Пищевая цепьсложная структура, поэтому вторичные консументы запросто могут стать пищей для других хищников, которых причисляют к третичным консументам.
Классификация
таким образом, принимает непосредственное участие в круговороте веществ в природе. Различают два типа цепей: детритные и пастбищные. Как видно из названий, первая группа наиболее часто встречается в лесных массивах, а вторая - на открытых пространствах: поле, луг, пастбище.Такая цепь имеет более сложную структуру связей, там даже возможно появление хищников четвертого порядка.
Пирамиды
одна или несколько, существующие в конкретной среде обитания, образуют пути и направления движения веществ и энергии. Все это, то есть организмы и их места обитания, образуют функциональную систему, которая носит название экосистемы (экологической системы). Трофические связи достаточно редко бывают прямолинейными, обычно они имеют вид сложной и запутанной сети, в которых каждый компонент взаимосвязан с остальными. Переплетение пищевых цепей образует пищевые сети, которые в основном служат для построения и рассчетов экологических пирамид. В основе каждой пирамиды находится уровень продуцентов, наверх которого настраиваются все последующие уровни. Различают пирамиду чисел, энергии и биомассы.В живой природе практически нет живых организмов, которые не поедали бы других существ или не являлись бы для кого-либо пищей. Так, растениями питаются многие насекомые. Сами насекомые являются добычей для более крупных существ. Те или иные организмы являются звеньями, из которых формируется пищевая цепь. Примеры такой "зависимости" можно встретить повсеместно. При этом в любой такой структуре существует первый исходный уровень. Как правило, это зеленые растения. Какие существуют примеры пищевых Какие организмы могут являться звеньями? Как происходит взаимодействие между ними? Об этом далее в статье.
Общая информация
Пищевая цепь, примеры которой будут приведены ниже, представляет собой определенный набор микроорганизмов, грибов, растений, зверей. Каждое звено находится на своем уровне. Построена эта "зависимость" по принципу "еда - потребитель". На вершине многих цепей питания стоит человек. Чем в той или иной стране выше плотность населения, тем меньше звеньев будет содержаться в природной последовательности, так как люди вынуждены в таких условиях чаще питаться растениями.
Количество уровней
Как происходит взаимодействие внутри экологических пирамид?
Как действует пищевая цепь? Примеры, приведенные выше, показывают, что каждое следующее звено должно стоять на более высоком уровне развития, нежели предыдущее. Как уже было сказано, взаимоотношения в любой экологической пирамиде строятся на принципе "еда-потребитель". За счет поедания одними организмами других осуществляется перенос энергии от низших уровней к высшим. В результате происходит в природе.
Пищевая цепь. Примеры
Условно можно выделить несколько видов экологических пирамид. Существует, в частности, пастбищная пищевая цепь. Примеры, которые можно увидеть в природе, представляют собой последовательности, где перенос энергии осуществляется от низших (простейших) организмов до высших (хищников). К таким пирамидам, в частности, можно отнести следующие последовательности: "гусеницы-мыши-гадюки-ежи-лисы", "грызуны-хищники". Другая, детритная пищевая цепь, примеры которой будут приведены далее, представляет собой последовательность, в которой биомасса не употребляется хищниками, а имеет место процесс гниения с участием микроорганизмов. Считается, что начинается эта экологическая пирамида с растений. Так, в частности, выглядит пищевая цепь леса. Примеры можно привести следующие: "опавшие листья-гниение с участием микроорганизмов", "мертвые (хищные)-хищники-многоножки-бактерии".
Продуценты и консументы
В крупном водоеме (океане, море) планктонные являются пищей для ветвистоусых рачков (животных фильтраторов). Они, в свою очередь, представляют собой добычу для хищных личинок комаров. Этими организмами питается определенный вид рыб. Их поедают более крупные хищные особи. Данная экологическая пирамида - пример пищевой цепи моря. Все организмы, выступающие в качестве звеньев, находятся на разных трофических уровнях. На первой ступени находятся продуценты, на следующей - консументы первого порядка (потребители). К третьему трофическому уровню относятся потребители 2-го порядка (первичные плотоядные). Они, в свою очередь, служат пищей для вторичных хищников - потребителей третьего порядка, и так далее. Как правило, экологические пирамиды суши включают в себя три-пять звеньев.
Открытый водоем
За шельфовым морем, в том месте, где склон материка более-менее круто обрывается по направлению к глубоководной равнине, берет начало открытое море. В этой зоне преимущественно синяя и прозрачная вода. Связано это с отсутствием неорганических взвешенных соединений и меньшим объемом микроскопических планктонных растений и животных (фито- и зоопланктона). На некоторых участках гладь воды отличается особенно яркой синей окраской. Например, В таких случаях говорят о так называемых океанских пустынях. В этих зонах даже на глубине тысячи метров при помощи чувствительной аппаратуры можно обнаружить следы света (в сине-зеленом спектре). Открытому морю присуще полное отсутствие в составе зоопланктона различных личинок донных организмов (иглокожих, моллюсков, ракообразных), количество которых по мере отдаления от берега резко снижается. Как на мелководье, так и на широких просторах в качестве единственного источника энергии выступает солнечный свет. В результате фотосинтеза фитопланктон при помощи хлорофилла формирует органические соединения из углекислого газа и воды. Так образуются так называемые первичные продукты.
Звенья пищевой цепи моря
Синтезированные водорослями органические соединения передаются косвенно либо прямо всем организмам. Вторым звеном пищевой цепи в море являются животные фильтраторы. Организмы, составляющие фитопланктон, обладают микроскопически малыми размерами (0.002-1мм). Часто они формируют колонии, но и их размер не превышает пяти миллиметров. Третьим звеном являются плотоядные животные. Они питаются фильтраторами. В шельфовых, как и в открытых морях, таких организмов достаточно много. К ним, в частности, относятся сифонофоры, гребневики, медузы, веслоногие рачки, щетинкочелюстные, каринариды. Среди рыб к фильтраторам следует отнести сельдей. Их основной пищей являются формирующие в северных акваториях большие скопления. Четвертым звеном считаются хищные крупные рыбы. Некоторые виды имеют промысловое значение. К конечному звену следует также отнести головоногих моллюсков, зубатых китов и морских птиц.
Перенос питательных веществ
Передача органических соединений внутри пищевых цепей сопровождается существенными потерями энергии. Это главным образом обусловлено тем, что большая ее часть тратится на обменные процессы. Около 10% энергии преобразуется в вещество тела организма. Поэтому, например, анчоус, питающийся планктонными водорослями и входящий в структуру исключительно короткой пищевой цепи, может развиваться в таких огромных количествах, как это происходит в Перуанском течении. Перенос пищи в сумеречную и глубинную зону из светлой обусловлен активными вертикальными миграциями зоопланктона и отдельных видов рыб. Перемещающиеся вверх-вниз животные в разное время суток оказываются на различных глубинах.
Заключение
Следует сказать, что линейные пищевые цепи являются достаточно редким явлением. Чаще всего экологические пирамиды включают в себя популяции, принадлежащие сразу к нескольким уровням. Одни и те же виды могут употреблять в пищу и растения, и животных; плотоядные могут питаться как консументами первого, так и второго и следующих порядков; многие животные употребляют живые и отмершие организмы. В связи со сложностью звеньевых связей, выпадение какого-либо вида зачастую практически не сказывается на состоянии экосистемы. Те организмы, которые принимали выпавшее звено в пищу, могут вполне найти другой источник питания, а еду исчезнувшего звена начинают употреблять другие организмы. Так в целом сообщество сохраняет равновесие. Устойчивее будет та экологическая система, в которой присутствуют более сложные цепи питания, состоящие из большого количества звеньев, включающих в себя множество разных видов.
Тема урока: «Кто что ест? Цепи питания».
Тип урока: изучение нового материала.
Учебник: “Мир вокруг нас 3 класс 1 часть” (авт. А.А. Плешаков)
Цели и задачи урока
Цель: обобщить знания учащихся о разнообразии животного мира, о группах животных по типу питания, о цепях питания,о размножении и стадиях развития, приспособленности к защите от врагов и охране животных.
Задачи:
1. Способствовать обогащению и развитию субъективных представлений о жизни животных.
2. Способствовать формированию умения у детей составлять, "читать", схемы, моделировать экологические связи.
3. Способствовать развитию умений и навыков самостоятельной и групповой работы.
4. Создать условия для развития логического мышления;
5. Воспитывать чувство ответственности за все живое, что нас окружает, чувство любви к природе.
Оборудование урока
Компьютер.
Листы с заданиями.Карточки с ребусами.
Мультимедийный проектор.
Учебник: Плешаков А.А. Мир вокруг нас. - М., Просвещение, 2007г.
Доска
Ход урока.
1 .Организационный момент.
2. Сообщение темы урока и постановка проблемы.
(Приложение слайд 1)
Ребята, посмотрите внимательно на слайд. Подумайте, чем связаны между собой эти представители живой природы. Кто по данному слайду определит тему нашего урока?
(Мы будем говорить о том, кто как питается.)
Правильно! Если внимательно посмотреть на слайд, то видно, что все предметы соединены стрелочками в цепочку по способу питания. В экологии такие цепочки называются экологическими цепями, или цепями питания. Отсюда тема нашего урока “Кто что ест? Цепи питания”.
3. Актуализация знаний.
Чтобы проследить разные цепи питания, попробовать их составить самим, нам нужно вспомнить, а кто как питается. Начнем с растений. В чем особенность их питания? Расскажите, опираясь на таблицу.
(Приложение слайд 3)
(Растения получают из воздуха углекислый газ. Корнями из почвы они поглощают воду и растворенные в ней соли. Под действием солнечного света растения превращают углекислый газ, воду и соли в сахар и крахмал. Их особенность заключается в том, что они сами готовят пищу.)
А теперь давайте вспомним, на какие группы по способу питания делятся животные и чем они отличаются друг от друга.
(Растительноядные животные питаются растительной пищей. Насекомоядные поедают насекомых. Хищные животные питаются плотью других животных, поэтому еще называются плотоядными. Всеядные животные питаются растительной и животной пищей.)
(Приложение слайд 4)
4. Открытие нового знания .
Цепи питания – это связи всего живого по питанию. Цепей питания в природе очень много. В лесу они одни, совершенно иные на лугу и в водоеме, третьи в поле и в саду. Я предлагаю вам выступить в роли ученых-экологов и заняться поисковой деятельностью. Все группы отправятся в разные места. Вот маршруты ученых-экологов.
(Приложение слайд 5)
Где вам придется трудиться, решит жеребьевка.
От каждой группы приглашаю по одному человеку, и они вытаскивают карточку с названием места. Эти же ребята получают листы со стрелками и по 4 карточки с изображением растений и животных.
А теперь послушайте задание. Каждая группа, используя карточки, должна составить цепь питания. Карточки прикрепляются к листу со стрелками скрепками. Сразу договоритесь, кто будет представлять вашу цепь классу. Подумайте, все ли карточки вам понадобятся.
По сигналу ребята начинают работать в группах . Тем , кто закончил раньше , предлагаются загадки .
(Приложение слайд 6)
Все готовые цепи развешиваются на доске .
В лесу растет сосна. Под корой сосны живет жук–короед и ею питается. В свою очередь жук–короед является пищей для дятлов. У нас была лишняя картинка – коза. Это домашнее животное и в эту цепь питания не входит.
Давайте проверим работу ребят.
(Приложение слайд 7)
Таким же образом объясняют свои цепи и другие группы.
2) Поле: рожь – мышь – змея (лишняя – рыба).
(Приложение слайд 8)
3) Огород: капуста – слизни – жаба (лишний – медведь).
(Приложение слайд 9)
4) Сад: яблоня – яблонная тля – божья коровка (лишняя – лиса).
(Приложение слайд 10)
5) Водоем: водоросли – карась – щука (лишний – заяц).
(Приложение слайд 11)
Все цепи у нас на доске . Давайте понаблюдаем , из каких звеньев они состоят . Что есть на каждой таблице ? Что стоит на первом месте ? На втором ? На третьем ?
(Растение. Животное растительноядное. Животное хищное, насекомоядное или всеядное.)
5. Первичное закрепление знания.
1.Работа по учебнику.стр96-97.
А теперь, ребята, давайте познакомимся со статьей учебника и проверим себя. Дети открывают учебник с. 96–97 и про себя читают статью “Цепи питания”.
– Какие цепи питания приведены в учебнике?
Осина – заяц – волк.
Дубы – лесные мыши – совы.
В каком порядке расположены звенья в цепи питания?
I звено – растения;
II звено – растительноядные животные;
III звено – остальные животные.
(Приложение слайд 12)
2) Повторение правил поведения в лесу.
Вот мы и в лесу. Послушайте звуки леса, посмотрите на разнообразие его обитателей. А знаете ли вы, как нужно вести себя в лесу?
1. Не ломать ветки деревьев и кустарников.
2.Не срывать и затаптывать цветы и лекарственные растения.
3.Не ловить бабочек, стрекоз и других насекомых.
4.Не уничтожать лягушек, жаб.
5.Не трогать птичьи гнезда.
6.Не приносить из леса животных домой.
Открывается слайд 6 (приложение) с изображениями совы, мышей и желудей. Учащиеся составляют цепь питания, перемещая картинки.
Кто крупнее в этой цепи питания?
Крупнее всех – сова, а мышь крупнее желудя.
Если бы у нас были волшебные весы, и мы бы взвесили всех сов, мышей и желуди, то оказалось бы, что желуди тяжелее мышей, а мыши тяжелее сов. Как вы думаете, почему?
Потому, что желудей в лесу очень, очень много, мышей много, а сов – мало.
И это не случайно. Ведь одной сове для питания надо много мышей, а одной мышке – множество желудей. Получается экологическая пирамида.
Обобщающий вывод :
В природе все и всё связано между собой. Сети питания переплетаются и образуют пищевую сеть. Растения и животные образуют экологические пирамиды. В основании – растения, а на вершине – хищные животные.
6 .Знакомство с понятием “сеть питания”
Цепи питания в природе не так просты как в нашем примере. Зайца могут поедать и другие животные. Какие? (лиса, рысь, волк)
Мышь может стать добычей лисы, совы, рыси, кабана, ежа.
Многие растительноядные животные служат пищей разным хищникам.
Поэтому цепи питания разветвлены, они могут переплетаться между собой, образуя сложную сеть питания.
7.Проблемная ситуация .
Ребята, что произойдет, если в лесу исчезнут все деревья, которыми питается заяц? (Зайцу нечего буде есть)
– А если не будет зайцев? (То не будут пищи и лисе, и волку)
– Что произойдёт с цепочкой? (Она разрушится)
Какой вывод можно сделать? (Если разрушить хоть одно звено в цепи, то разрушится и вся цепочка.)
8.Составить несколько возможных цепей питания
9. Итог занятия. Обобщение по теме.
Рефлексия.
“Договори фразу”.
Животные и растения связаны между собой в ……………………
В основе цепи питания находятся ………………………………..
А заканчивают цепь – ………………………………………..
В природе цепи питания переплетаются между собой, образуя
…………………………………………
Домашнее задание .
1.Приготовить сообщение об одном из друзей Березы;
2.Выполнить задания №4 из пособия «Окружающий мир» (на рисунке изображен участок сада. Составить несколько возможных цепей питания).
Вопрос 28. Пищевая цепь. Типы пищевых цепей.
ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ (трофическая цепь, цепь питания), взаимосвязь организмов через отношения пища – потребитель (одни служат пищей для других). При этом происходит трансформация вещества и энергии от продуцентов (первичных производителей) черезконсументов (потребителей) к редуцентам (преобразователям мёртвой органики в неорганические вещества, усваиваемые продуцентами). Различают 2 типа пищевых цепей – пастбищную и детритную. Пастбищная цепь начинается с зелёных растений, идёт к пасущимся растительноядным животным (консументы 1-го порядка) и затем к хищникам, добывающим этих животных (в зависимости от места в цепи – консументы 2-го и последующих порядков). Детритная цепь начинается с детрита (продукт распада органики), идёт к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам (животные и микроорганизмы, вовлечённые в процесс разложения отмирающей органики).
Примером пастбищной цепи может служить многоканальная её модель в африканской саванне. Первичными продуцентами являются травостой и деревья, консументами 1-го порядка – растительноядные насекомые и травоядные животные (копытные, слоны, носороги и др.), 2-го порядка – хищные насекомые, 3-го – плотоядные пресмыкающиеся (змеи и др.), 4-го – хищные млекопитающие и хищные птицы. В свою очередь детритофаги (жуки-скарабеи, гиены, шакалы, грифы и т. д.) на каждом из этапов пастбищной цепи разрушают туши погибших животных и остатки пищи хищников. Количество особей, включённых в пищевую цепь, в каждом её звене последовательно уменьшается (правило экологической пирамиды), т. е. число жертв всякий раз существенно превышает число их потребителей. Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а переплетаются друг с другом, образуя пищевые сети.
Вопрос 29. Для чего используют экологические пирамиды, назовите их.
Экологическая пирамида - графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников; видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме.
Схематически изображать эти соотношения предложил американский зоолог Чарльз Элтон в 1927 году.
При схематическом изображении каждый уровень показывают в виде прямоугольника, длина или площадь которого соответствует численным значениям звена пищевой цепи (пирамида Элтона), их массе или энергии. Расположенные в определенной последовательности прямоугольники создают различные по форме пирамиды.
Основанием пирамиды служит первый трофический уровень - уровень продуцентов, последующие этажи пирамиды образованы следующими уровнями пищевой цепи - консументами различных порядков. Высота всех блоков в пирамиде одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне.
Экологические пирамиды различают в зависимости от показателей, на основании которых строится пирамида. При этом для всех пирамид установлено основное правило, согласно которому в любой экосистеме больше растений, чем животных, травоядных, чем плотоядных, насекомых, чем птиц.
На основе правила экологической пирамиды можно определить или рассчитать количественные соотношения разных видов растений и животных в естественных и искусственно создаваемых экологических системах. Например, 1 кг массы морского зверя (тюленя, дельфина) нужно 10 кг съеденной рыбы, а этим 10 кг нужно уже 100 кг их корма - водных беспозвоночных, которым в свою очередь для образования такой массы необходимо съедать 1000 кг водорослей и бактерий. В данном случае экологическая пирамида будет устойчива.
Однако, как известно, из каждого правила бывают исключения, которые будут рассмотрены в каждом типе экологических пирамид.
Первые экологические схемы в виде пирамид построил в двадцатых годах XX в. Чарлз Элтон. Они были основаны на полевых наблюдениях за рядом животных различных размерных классов. Элтон не включил в них первичных продуцентов и не делал никаких различий между детритофа-гами и редуцентами. Однако он отметил, что хищники обычно крупнее своих жертв, и понял, что такое соотношение крайне специфично лишь для определенных размерных классов животных. В сороковые годы американский эколог Реймонд Линдеман применил идею Элтона к трофическим уровням, абстрагировавшись от конкретных составляющих их организмов. Однако, если распределить животных по размерным классам легко, то определить, к какому трофическому уровню они относятся, гораздо сложнее. В любом случае сделать это можно лишь весьма упрощенно и обобщенно. Пищевые отношения и эффективность передачи энергии в биотическом компоненте экосистемы традиционно изображают в виде ступенчатых пирамид. Это дает наглядную основу для сопоставления: 1) разных экосистем; 2) сезонных состояний одной и той же экосистемы; 3) разных фаз изменения экосистемы. Существуют три типа пирамид: 1) пирамиды чисел, основанные на подсчете организмов каждого трофического уровня; 2) пирамиды биомассы, в которых используется суммарная масса (обычно сухая) организмов на каждом трофическом уровне; 3) пирамиды энергии, учитывающие энергоемкость организмов каждого трофического уровня.
Типы экологических пирамид
пирамиды чисел - на каждом уровне откладывается численность отдельных организмов
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.3).
Например, чтобы прокормить одного волка, необходимо по крайней мере несколько зайцев, на которых он мог бы охотиться; чтобы прокормить этих зайцев, нужно довольно большое количество разнообразных растений. В данном случае пирамида будет иметь вид треугольника с широким основанием суживающимся кверху.
Однако подобная форма пирамиды чисел характерна не для всех экосистем. Иногда они могут быть обращенными, или перевернутыми. Это касается пищевых цепей леса, когда продуцентами служат деревья, а первичными консументами - насекомые. В этом случае уровень первичных консументов численно богаче уровня продуцентов (на одном дереве кормится большое количество насекомых), поэтому пирамиды чисел наименее информативны и наименее показательны, т.е. численность организмов одного трофического уровня в значительной степени зависит от их размеров.
пирамиды биомасс - характеризует общую сухую или сырую массу организмов на данном трофическом уровне, например, в единицах массы на единицу площади - г/м 2 , кг/га, т/км 2 или на объем - г/м 3 (рис.4)
Обычно в наземных биоценозах общая масса продуцентов больше, чем каждого последующего звена. В свою очередь, общая масса консументов первого порядка больше, нежели консументов второго порядка и т.д.
В данном случае (если организмы не слишком различаются по размерам) пирамида также будет иметь вид треугольника с широким основанием суживающимся кверху. Однако и из этого правила имеются существенные исключения. Например, в морях биомасса растительноядного зоопланктона существенно (иногда в 2-3 раза) больше биомассы фитопланктона, представленного преимущественно одноклеточными водорослями. Это объясняется тем, что водоросли очень быстро выедаются зоопланктоном, но от полного выедания их предохраняет очень высокая скорость деления их клеток.
В целом для наземных биогеоценозов, где продуценты крупные и живут сравнительно долго, характерны относительно устойчивые пирамиды с широким основанием. В водных же экосистемах, где продуценты невелики по размеру и имеют короткие жизненные циклы, пирамида биомасс может быть обращенной, или перевернутой (острием направлена вниз). Так, в озерах и морях масса растений превышает массу потребителей только в период цветения (весной), а в остальное время года может создаться обратное положение.
Пирамиды чисел и биомасс отражают статику системы, т. е. характеризуют количество или биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информации о трофической структуре экосистемы, хотя позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем.
Пирамида чисел позволяет, например, рассчитывать допустимую величину улова рыбы или отстрела животных в охотничий период без последствий для нормального их воспроизведения.
пирамиды энергии - показывает величину потока энергии или продуктивности на последовательных уровнях (рис.5).
В противоположность пирамидам чисел и биомассы, отражающим статику системы (количество организмов в данный момент), пирамида энергии отражая картину скоростей прохождения массы пищи (количества энергии) через каждый трофический уровень пищевой цепи, дает наиболее полное представление о функциональной организации сообществ.
На форму этой пирамиды не влияют изменения размеров и интенсивности метаболизма особей, и если учтены все источники энергии, то пирамида всегда будет иметь типичный вид с широким основанием и суживающейся верхушкой. При построении пирамиды энергии в ее основание часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии.
В 1942 г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий (закон 10 процентов), согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой трофический уровень переходит в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Остальная часть энергии теряется в виде теплового излучения, на движение и т.д. Организмы в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90% всей энергии, которая расходуется на поддержание их жизнедеятельности.
Если заяц съел 10 кг растительной массы, то его собственная масса может увеличиться на 1 кг. Лисица или волк, поедая 1 кг зайчатины, увеличивают свою массу уже только на 100 г. У древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохо усваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительно больше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани. Однако общая закономерность процесса передачи энергии остается: через верхние трофические уровни ее проходит значительно меньше, чем через нижние.
ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Цель работы : получение навыков составления и анализа пищевых (трофических) цепей.
Общие сведения
Между живыми организмами экосистем существуют разнообразные связи. Одной из центральных связей, которая как бы цементирует самые разные организмы в одну экосистему, является пищевая, или трофическая. Пищевые связи объединяют между собой организмы по принципу пища - потребитель. Это ведет к возникновению пищевых, или трофических цепей. Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофов. Пищевые связи - это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Типичный пример – животное поедает растения. Это животное, в свою очередь, может быть съедено другим животным. Таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов
Каждый последующий питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию.
Такая последовательность переноса энергии пищи в процессе питания от ее источника через последовательный ряд живых организмов называется пищевой (трофической) цепью, или цепью питания.Трофические цепи - это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, через живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная часть ее рассеивается в виде низкотемпературной тепловой энергии.
ные мыши, воробьи, голуби. Иногда в экологической литературе любую пищевую связь называют связью «хищник – жертва», понимая под хищником поедателя. Стабильность системы «хищник-жертва» обеспечивается следующими факторами:
- неэффективность хищника, бегство жертвы;
- экологические ограничения, налагаемые внешней средой на численность популяции;
- наличие у хищников альтернативных пищевых ресурсов;
- уменьшение запаздывания в реакции хищника.
Место каждого звена в цепи питания являетсятрофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемыепервичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называютсяпер-
вичными консументами, третьего - вторичными консументамии т. д.
Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищные (цепи выедания, цепи потребления) идетритные (цепи разложения).
Растение → заяц → волк Продуцент → травоядное животное → плотоядное животное
Широко распространены и такие пищевые цепи:
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук → землеройка → сова.
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица.
В водных, в частности, морских экосистемах пищевые цепи хищников длиннее, чем в наземных.
Детритная цепь начинается с мертвого органического вещества - детрита, который разрушается детритофагами, поедаемыми мелкими хищниками, и заканчивается работой редуцентов, минерализующих органические остатки. В детритных пищевых цепях наземных экосистем важную роль играют лиственные леса, большая часть листвы которых не употребляется растительноядными животными в пищу и входит в состав лесной подстилки. Листья измельчаются многочисленными детритофагами (грибами, бактериями, насекомыми), далее заглатываются дождевыми червями, которые осуществляют равномерное распределение гумуса в поверхностном слое почвы, образуя мулль. Разлагающие
микроорганизмы, завершающие цепь, производят окончательную минерализацию мертвых органических остатков (рис. 1).
В целом типичные детритные цепи наших лесов можно представить следующим образом:
листовая подстилка → дождевой червь → черный дрозд → ястребперепелятник;
мертвое животное → личинки падальных мух → травяная лягушка → уж.
Рис. 1. Детритная пищевая цепь (по Небелу, 1993)
В качестве исходного органического материала, который подвергается в почве биологической переработке организмами, населяющими почву, можно для примера рассмотреть древесину. Древесина, попадающая на поверхность почвы, прежде всего, подвергается переработке личинками насекомых усачей, златок, сверлил, которые используют ее в пищу. Им на смену приходят грибы, мицелий которых в первую очередь поселяется в ходах, проделанных в древесине насекомыми. Грибы еще сильнее разрыхляют и разрушают древесину. Такая рыхлая древесина и сам мицелий оказываются пищей для личинок огнецветки. На следующем этапе в уже сильно разрушенной древесине поселяются муравьи, которые уничтожают почти всех личинок и создают условия для поселения в древесине новой генерации грибов. Такими грибами начинают кормиться улитки. Завершают же разрушение и гумификацию древесины микробы-редуценты.
Аналогично идет гумификация и минерализация навоза диких и домашних животных, поступающего в почву.
Как правило, пища каждого живого существа более или менее разнообразна. Только все зеленые растения «питаются» одинаково: углекислым газом и ионами минеральных солей. У животных случаи узкой специализации питания довольно редки. В результате возможной смены питания животных все организмы экосистем вовлечены в сложную сеть пищевых взаимоотношений. Пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя пищевые, или трофические сети. В трофической сети каждый вид прямо или косвенно связан со многими. Пример трофической сети с размещением организмов по трофическим уровням представлен на рис. 2.
Пищевые сети в экосистемах весьма сложные, и можно сделать вывод, что поступающая в них энергия долго мигрирует от одного организма к другому.
Рис. 2. Трофическая сеть
В биоценозах пищевые связи играют двоякую роль. Во-первых, они
обеспечивают передачу вещества и энергии от одного организма к другому.
Вместе, таким образом, уживаются виды, которые поддерживают жизнь друг друга. Во-вторых, пищевые связислужат механизмом регуляции численно-
Представление трофических сетей может быть традиционным (рис.2) или с использованием ориентированных графов (орграфов).
Геометрически ориентированный граф можно представить в виде набора вершин, обозначаемых кружками с номерами вершин, и дуг, соединяющих эти вершины. Дуга задаёт направление от одной вершины к другой.Путём в графе называется такая конечная последовательность дуг, в которой начало каждой последующей дуги совпадает с концом предыдущей. Дуги можно обозначать парой вершин, которые она соединяет. Путь записывается в виде последовательности вершин, через которые он проходит.Контуром называется путь, начальная вершина которого совпадает с конечной.
НАПРИМЕР:
Вершины; |
||||||
А – дуги; | ||||||
В – контур, проходящий через вершины 2, 4, |
||||||
В 3;
1, 2 или 1, 3, 2 – пути от вершины
к вершине | |||
В сети питания вершиной графа отображаются объекты моделирования; дуги, обозначаемые стрелками, проводят от жертвы кхищнику.
Любой живой организм занимает определённую экологическую нишу . Экологическая ниша – это совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида. Никакие два вида не имеют в экологическом фазовом пространстве одинаковых ниш. Согласно принципу конкурентного исключения Гаузе, два вида с близкими экологическими требованиями длительное время не могут занимать одну экологическую нишу. Эти виды конкурируют, и один из них вытесняет другой. На основе сетей питания можно построитьграф конкуренции. Живые организмы в графе конкуренции отображаются в виде вершин графа, между вершинами проводится ребро (связь без направления) в том случае, если существуетживой организм , который служит пищей для организмов, отображаемых вышеуказанными вершинами.
Разработка графа конкуренции позволяет выделить конкурирующие виды организмов и проанализировать функционирование экосистемы и её уязвимость.
Широко распространён принцип соответствия роста сложности экосистемы и увеличения её устойчивости. Если экосистема представлена сетью питания, можно использовать разные способы измерения сложности:
- определить число дуг;
- найти отношение числа дуг к числу вершин;
Для измерения сложности и разнообразия сети питания используется также трофический уровень, т.е. место организма в цепи питания. Трофический уровень можно определять как по наиболее короткой, как и по наиболее длинной цепи питания от рассматриваемой вершины, имеющей трофический уровень, равный «1».
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание 1
Составьте сеть для 5 участников: трава, птицы, насекомые, зайцы, лисы.
Задание 2
Установите цепи питания и трофический уровень по наиболее короткому и наиболее длинному пути сети питания из задания «1».
Трофический уровень и пищевая цепь | |||||
сети питания | по кратчайшему пути | по наиболее длинному пути |
|||
4 . Насекомые
Примечание: пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов . Организм, указанный в колонке 1, является верхним трофическим уровнем. Для консументов I порядка длинный и короткий пути трофической цепи совпадают.
Задание 3
Предложите трофическую сеть согласно варианта задания (табл. 1П) и составьте таблицу трофических уровней по наиболее длинному и наиболее короткому пути. Пищевые предпочтения консументов приведены в табл. 2П.
Задание 4
Составьте трофическую сеть по рис. 3 и разместите ее участников по трофическим уровням
ПЛАН ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Граф трофической сети и граф конкуренции по учебному примеру (задания 1, 2).
3. Таблица трофических уровней по учебному примеру (задание 3).
4. Граф сети питания, граф конкуренции, таблица трофических уровней согласно варианту задания.
5. Схема трофической сети с размещением организмов по трофическим уровням (по рис.3).
Рис. 3. Биоценоз тундры.
Первый ряд: мелкие воробьиные, различные двукрылые насекомые, мохноногий канюк. Второй ряд: песец, лемминги, полярная сова. Третий ряд: белая куропатка, зайцы-беляки. Четвертый ряд: гусь, волк, северный олень.
Литература
1. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. 637 с.
2. Жизнь животных в 7-ми томах. М.: Просвещение, 1983-1989.
3. Злобин Ю.А. Общая экология. Киев.: Наукова думка, 1998. – 430 с.
4. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИДАНА,
5. Небел Б. Наука об окружающей среде: как устроен мир. – М.: Мир, 1993.
–т.1 – 424 с.
6. Экология: Учебник для технических вузов/ Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, и др.; Под ред. Л.И. Цветковой. –М.: АСВ; СПб: Химиздат, 2001.-552с.
7. Гирусов Э.В. и др. Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов/Под ред. Проф. Э.В. Гирусова. – М.: Закон и право, ЮНИТИ,
Таблица 1П |
|||
Видовая структура биоценоза |
|||
Название био- | Видовой состав биоценоза | ||
Кедровник | Кедр корейский, береза желтая, лещина разнолистная, | ||
осока, заяц-беляк, белка летяга, белка обыкновенная, | |||
волк, бурый медведь, гималайский медведь, соболь, | |||
мышь, кедровка, дятел, папоротник. | |||
Заболоченный | Осоки, ирис, тростник обыкновенный.Заходят волк, лиса, | ||
бурый медведь, косуля, мышь. Амфибии – углозуб сибир- | |||
вейниковый | ский, квакша дальневосточная, лягушка сибирская. Улит- | ||
ка, земляной червь. Птицы – дальневосточный белый | |||
аист, пегий лунь, фазан, японский журавль, даурский жу- | |||
равль. Бабочки махаоны. | |||
Белоберезовый | Осина, береза плосколистная (белая) осина, ольха, дио- | ||
скорея ниппонская (травянистая лиана), злаки, осоки, | |||
разнотравье (клевер, чина). Кустарники – леспедеца, ря- | |||
бинник, таволга. Грибы – подберезовики, подосиновики. | |||
Животные - енотовидная собака, волк, лиса, медведь бу- | |||
рый, колонок, изюбрь, косуля, углозуб сибирский, лягуш- | |||
ка сибирская, мышь. Птицы – подорлик большой, синица, | |||
Ельник травя- | Растения – пихта, лиственница, кедр корейский, клен, ря- | ||
бинник рябинолистный, жимолость, ель, осоки, злаки. | |||
кустарниковый | Животные – заяц-беляк, белка обыкновенная, белка летя- | ||
га, волк, медведь бурый, медведь гималайский, соболь, | |||
харза, рысь, изюбрь, лось, рябчик, сова, мышь, бабочка | |||
Растения - дуб монгольский, осина, береза плосколистная, | |||
липа, ильм, маакия (единственное на Дальнем Востоке | |||
дерево, относящееся к семейству бобовых), кустарники – | |||
леспедеца, калина, рябинник рябинолистный, шиповник, | |||
травы – ландыш, осоки, чемерица, черемша, бубенчики, | |||
колокольчики. Животные – бурундук, енотовидная соба- | |||
ка, волк, лиса, медведь бурый, барсук, колонок, рысь, ка- | |||
бан, изюбрь, косуля, заяц, углозуб сибирский, квакша | |||
дальневосточная, лягушка сибирская, мышь, ящерица жи- | |||
вородящая, сойка, дятел, поползень, жук-дровосек, кузне- | |||
Растения - осина, береза плосколистная, боярышник, ши- | |||
повник, спирея, пион, злаки. Животные – енотовидная | |||
собака, волк, лиса, медведь бурый, колонок, изюбрь, ко- | |||
суля, углозуб сибирский, лягушка сибирская, мышь, яще- | |||
рица живородящая, сойка, дятел, поползень, подорлик, | |||
жук-дровосек, кузнечик, | |||
Таблица 2П |
|||||
Спектр питания некоторых видов | |||||
Живые организмы | Пищевые пристрастия - «меню» | ||||
Трава (злаки, осоки); кора осины, липы, лещины; ягоды (земляни- | |||||
Семена злаков, насекомые, черви. | |||||
Белка летяга | |||||
и их личинки. | |||||
Растения | Потребляют солнечную энергию и минеральные вещества, воду, | ||||
кислород, углекислый газ. | |||||
Грызуны, зайцы, лягушки, ящерицы, мелкие птицы. | |||||
Белка обыкновен- | Кедровые орехи, орехи лещины, желуди, семена злаков. | ||||
Семена кустарников (элеутерококк), ягоды (брусника), насекомые | |||||
и их личинки. | |||||
Личинки насеко- | Личинки комаров – водоросли, бактерии. | ||||
мых комаров, | Личинки стрекоз – насекомые, мальки рыб. | ||||
Сок трав. | |||||
Грызуны, зайцы, лягушки, ящерицы. | |||||
Орлан белоплечий | Рыба, мелкие птицы. | ||||
Медведь бурый | Эврифаг, предпочтение отдает животной пище: кабаны (подсвин- | ||||
ки), рыба (лосось). Ягоды (малина, черемуха, жимолость, голуби- | |||||
ка), коренья. | |||||
Медведь гималай- | Дудник (медвежья дудка), лесные ягоды (брусника, малина, чере- | ||||
муха, голубика), мед (осы, пчелы), лилейные (луковицы), грибы, | |||||
орехи, желуди, личинки муравьев. | |||||
Насекомые | Травянистые растения, листья деревьев. | ||||
Мышь, белка, зайчата, рябчик. | |||||
Хищник. Зайцы, белка, подсвинки. | |||||
трава (хвощ зимующий), бобовые (вика, чина), | |||||
кора лещины, ив, подрост берез, корни кустарников (ле- | |||||
щина, малина). | |||||
Почки берез, ольхи, липы; злаки; ягоды рябины, калины; хвоя пих- | |||||
ты, ели, лиственницы. | |||||
Мышь, бурундук, зайчата, лисята, змеи (уж, полоз), ящерица, бел- | |||||
ка, летучая мышь. | |||||
Мыши, зайцы, косуля, стаей могут убить оленя, лося, кабана. | |||||
Уховертка | Хищник. Блохи, жуки (мелкие), слизни, дождевые черви. | ||||
Жук -дровосек | Кора березы, кедра, липы, кленов, лиственницы. | ||||
Пыльца растений. | |||||
павлиноглазка | |||||
Мышь, зайчата, бурундук, углозуб сибирский, птенцы журавлей, | |||||
аиста, уток; квакша дальневосточная, фазанята, черви, | |||||
крупные насекомые. | |||||
Кора лещины, березы, ив, дуба, осока, вейник, тростник; листья бе- | |||||
резы, ивы, дуба, лещины. | |||||
Хищник. Рачки, личинки комара. | |||||
Квакша дальнево- | Водные беспозвоночные. |
|
Травы (вейник), осока, грибы, растительные остатки и почва. |
||
Растения, рыба и ее икра во время нереста, насекомые и их личин- |
||
Земляной червяк | Отмершие растительные остатки. |
|
Дальневосточный | Улитка, квакша, сибирская лягушка, рыба (вьюн, ротан), змеи, |
|
белый аист | мыши, саранча, птенцы воробьиных птиц. |
|
Журавль японский | Корневища осок, рыба, лягушки, мелкие грызуны, птенцы. |
|
Лунь пегий | Мышь, мелкие птицы (овсянки, камышевки, воробья), лягушки, |
|
ящерицы, крупные насекомые. |
||
Почки березы, ольхи, вейник. |
||
Бабочки махаоны | Пыльца растений (фиалки, хохлатки). |
|
Плотояден предпочтение отдает животной пище – зайцы, молодые |
||
лосята, косули, олени, кабаны. |
||
Енотовидная со- | Рыба тухлая, птицы (жаворонки, овсяницы, камышевки). |
|
Веточный корм (береза, осина, ива, лещина; листья дуба, липы), |
||
желуди, кора дуба, водоросли на мелководьях, вахта трехлистная. |
||
Комар, пауки, муравьи, кузнечики. |
||
Ящерица живоро- | Насекомые и их личинки, черви дождевые. |
|
Подорлик | Хищник. Мелкие млекопитающие, фазан, мыши, зайцы, лисята, |
|
птицы, рыба, грызуны. |
||
Белки, бурундуки, птицы. |
||
Бурундук | Семена яблони, шиповника, калины, рябинника, рябины; грибы; |
|
орехи; желуди. |
||
Корни, черви дождевые, мыши, насекомые (муравьи и их личинки). |
||
Хищник. Мыши. |
||
Семена злаков, орехи. |
||
Орехи кедровые, желуди, ягода (рябина), яблоня. |
||
Жуки дровосеки, насекомые древоточцы. |
||
Кабан, заяц, косуля, лосята, оленята, лось, олень (подранки). |
||
Поползень | Насекомые; семена древесных, ягоды, орехи. |
|
Лемминги | Зерноядные. Осоки, шикша, злаки. |
|
Зерноядные. |
||
Хищник. Лемминги, птенцы куропаток, чаек. |
||
Полярная сова | Лемминги, мыши полевки, зайцы, утки, фазаны, тетерева. |
|
Белая куропатка | Растительноядные. Семена злаков; почки берез, ив, ольхи. |
|
Травоядные, листья и кора деревьев, мох – ягель. |
||
Заяц-беляк | Зимой – кора; летом – ягоды, грибы. |
|
Травоядные. Осоки, злаки, водоросли, побеги водных растений. |
||
Северный олень | Ягель, злаки, ягоды (морошка, клюква), мыши. |
|
Косуля, изюбр, пятнистый олень, кабан. |
||
Дафнии, циклопы | Одноклеточные водоросли. |
|