Основные понятия

В заданиях ЕГЭ, посвященных экологии, можно встретиться с большим количеством терминов: биоценоз, биогеоценоз, биотоп, агроценоз, биосфера и, конечно же, экосистема.

Прежде всего, нужно определиться, какое значение имеет каждый из этих терминов.

Биоценоз – устойчивая совокупность популяций различных организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов), приспособившаяся за определенный исторический период к совместному существованию на однородном участке территории или акватории.

В биоценозе можно выделить составные части – элементы:

- фитоценоз – устойчивое сообщество растений

- зооценоз – сообщество взаимосвязанных животных

- микоценоз – совокупность грибов

- микробоценоз – сообщество микроорганизмов.

Как мы помним, организмы постоянно взаимодействуют не только друг с другом, но и с окружающей средой, то есть на них действуют и абиотические факторы.

 Биотоп – участок суши или водоема с однородными условиями среды обитания, занимаемый тем или иным биоценозом.

Постоянное взаимодействие биоценоза и биотопа определяет более сложной системы – биогеоценоза.

Биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и определенными условиями среды обитания (биотоп), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

 Биогеоценоз является предпоследним уровнем в системе организации живого. Выше него располагается биосфера, которой мы посвятим следующий теоретический блок.

Необходимо определить и понятие экосистемы.

Экосистема – сообщество живых организмов и среды их обитания, составляющее единое целое на основе пищевых связей и способов получения энергии.

Казалось бы, это определение тождественно термину «биогеоценоз», однако это не так. Понятие «экосистема» не имеет ранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым (муравейник, гниющий пень) и искусственным (аквариум, водохранилище, парк), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания. Эту разницу нужно четко понимать.

Давайте обобщим:

Биогеоценоз – устойчивая исторически сложившаяся саморегулирующаяся экосистема. Любой биогеоценоз является экосистемой.

Не всякая экосистема – биогеоценоз.

Понятие агроценоз мы разберем в соответствующем разделе этого блока.

Цепи питания

Компонентами всех экологических систем являются живые организмы. Они взаимодействуют между собой, вступают в различные отношения, в том числе пищевые. Таким образом, они формируют пищевые цепи.

Пищевая цепочка – последовательность взаимосвязанных видов, в которой каждое последующее звено питается предыдущим. При этом у каждого организма в этой цепочке есть своя функция.

Продуценты – производители - 1 компонент типичной пищевой цепи. Их задача – производить органическое вещество. С ней успешно справляются автотрофные организмы: растения-фототрофы аккумулируют энергию солнца, переводя ее в энергию химической связи в молекуле глюкозы. При этом, как вы помните, они всасывают из почвы воду и минеральные вещества для обеспечения процессов жизнедеятельности. Бактерии-хемотрофы (нитрифицирующие, железо- и серобактерии) используют энергию окисления неорганических веществ для синтеза органических.

Консументы – потребители – 2 компонент цепи питания. Это организмы – гетеротрофы, питающиеся органическими веществами, которые были синтезированы продуцентами. К ним относят животных.

Выделяют несколько порядков консументов:

Консументы 1 порядка – травоядные животные. Это грызуны, зайцеобразные, олени и так далее. Они используют органическое вещество растений в качестве источника энергии и строительного материала для синтеза своих органических веществ и осуществления всех процессов жизнедеятельности.

Консументы 2 порядка – хищные животные. Они питаются растительноядными животными, используя их органическое вещество для своих нужд.

Консументами 3 порядка могут быть разные организмы: либо новые более крупные хищники, питающиеся более мелкими хищниками (хищная птица ест змею), либо падальщики, питающиеся останками умерших тел. Важно понимать, что падальщики не разлагают органические вещества мертвых тел до неорганических, а также как и все консументы используют их для синтеза своей органики и получения энергии.

Редуценты – разрушители - 3 компонент пищевой цепочки. Их основная задача – перевести органические вещества мертвых тел в неорганические. Таким образом, они замыкают круговорот веществ, позволяя растениям вновь использовать минеральные вещества, которые они выделили в почву. Эту задачу выполняют бактерии и грибы-сапрофиты.

Цепь питания записывается в виде последовательности организмов со стрелками, направленными от поедаемого к поедающему: растение (продуцент) → растительноядное животное (консумент 1 порядка) → хищное животное (консумент 2 порядка). Падальщики могут отсутствовать. При наличии нескольких видов хищников они будут образовывать новые порядки консументов (хищник К3 питается хищником К2, К4 питается К3 и тд). Редуцентов при записи цепи обычно не указывают, так как они участвуют в разложении не только тел умерших консументов 3 порядка, но и всех остальных участников цепи (даже самих редуцентов).

Схематично цепь питания изображена ниже:

Поскольку одним и тем же растением или животным могут питаться несколько организмов, то создаются сети питания, в которых тоже используется разделение по основным функциям, но участников больше.

Виды цепей питания

Классическая цепь питания, которую мы описали выше, называется пастбищной. Другое ее название – цепь выедания, так как в ней происходит последовательное использование органических веществ в процессе поедания одних организмов другими.

Пример пастбищной цепи: пшеница → мышь → змея

Схема пастбищной цепи: продуцент → консумент → редуцент.

Однако не все растения и животные поедаются какими-либо участниками пищевой цепи. Часть из них просто отмирает, формируя детрит.

Детрит - мертвое органическое вещество в экосистеме, временно исключенное из биологического круговорота элементов питания. К нему относят листовой опад, ил, а также экскременты животных (навоз).

Существуют организмы, питающиеся детритом, они называются детритофаги.

В природе формируются детритные цепи питания. Они начинаются мёртвым органическим веществом, которое было создано растениями и не использовалось в пастбищной цепи. Другое название этих цепей – цепи разложения.

Пример детритной цепи: листовой опад → дождевой червь → крот → бактерии.

Схема детритной цепи: детрит → детритофаг → консумент → редуцент.

Правило экологической пирамиды.

Анализируя состав пищевых цепей, ученые сделали вывод, что количество особей при переходе от одного звена к другому последовательно уменьшается. Эта закономерность была выражена в виде пирамиды, в которой для изображения каждого пищевого уровня был подобран прямоугольник, масштаб которого коррелировал с числом особей в нем. Подобные обобщения были созданы для массы организмов и для количества энергии.

Ниже приведены 3 пирамиды (численности, биомассы и энергии) для цепи питания люцерна (растение, которым питается КРС) → корова → человек.

В некоторых ситуациях пирамиды численности и биомассы могут быть перевернуты (например, на одном растении питаются несколько травоядных насекомых). Этот факт является их минусом, однако в большинстве случаев они все-таки имеют классический вид. Пирамида энергии лишена таких существенных недостатков, она всегда имеет правильное направление. В тоже время создание такой пирамиды – очень длительный и трудоемкий процесс.

Организм не может использовать всю энергию, которую он получает с пищей. Большая часть энергии рассеивается в виде тепла и теряется. Исходя из этой закономерности, было сформулировано правило экологической пирамиды (правило 10%): от одного звена пищевой цепи к последующему переходит только 10% энергии. Это правило можно применить и для пирамиды численности, и для пирамиды биомасс.

Поскольку количество энергии, массы и особей так прогрессивно снижается, длина пищевой цепи обычно не превышает 4-5 элементов.

Стоит обратить внимание, что все пирамиды составляются на определенный момент времени, поэтому не отражают динамику численности особей, процент увеличения биомассы одного трофического уровня на протяжении какого-то временного периода и так далее.

В заданиях ЕГЭ, посвященных экологии, можно встретиться с большим количеством терминов: биоценоз, биогеоценоз, биотоп, агроценоз, биосфера и, конечно же, экосистема.