12.7. потока на енергията в екосистемите
Поддържане на жизнените функции на организми и екосистеми в цикъла на материята, т.е.. Д. Съществуването на екосистемите зависи от постоянна доставка на енергия, необходима на всички организми на прехраната им и саморепликиращо (фиг. 12.19).
Фиг. 12.19. Потокът от енергия в екосистемата (от Рамади F., 1981)
За разлика от веществата, които се движат непрекъснато по различни екосистеми блокове, които винаги могат да се използват повторно, за да влезе в цикъл, енергията може да се използва само веднъж, т.е.. Д. има линейна енергийния поток през екосистемата.
Едностранно поток от енергия като универсален природен феномен се появява в резултат на законите на термодинамиката. Първият закон гласи, че енергията може да се преобразува от една форма (например, светлина) на друг (например, потенциалната енергия на храната) не може да бъде създадена, но или унищожени. Вторият закон гласи, че не може да бъде всеки процес, свързан с преобразуване на енергия, без загуба на някои от неговите части. А определено количество енергия, разсейвана в такива трансформации недостъпни топлинна енергия, и по този начин се губи. Следователно не може да се включи, например, хранителни вещества в материала, от който тялото се състои от тяло, като достига 100% ефективност.
По този начин, живите организми са преобразуватели на енергия. И винаги, когато има енергия превръщане на част от него се губи под формата на топлина. В крайна сметка, цялата енергия, подавана към биотични цикъл на екосистемата, се разсейва като топлина. Живите организми всъщност не използват топлината като източник на енергия за производство на работата - те използват светлина и химическа енергия.
вериги за хранителни стоки и мрежи, трофични нива. В рамките на една екосистема, съдържаща енергийни вещества са автотрофните организми и служат за храна heterotrophs. Хранителни Communications - е механизмите за пренос на енергия от един организъм в друг.
Типичен пример: животното яде растението. Това животно, от своя страна, може да се консумира от други животни. По този начин, трансфер на енергия може да се случи през редица организми - всяка следваща емисии предишна доставка на суровини и енергия, за да го (фиг 12.20.).
Фиг. 12.20. Биотични циркулационни вещества хранителната верига
(От A. G. Bannikov и сътр., 1985)
Тази последователност се нарича трансфер храна (трофичен) верига енергия или верига за доставки. Поставете всяка връзка във веригата на доставки е хранителното ниво. Първият хранителното ниво, както беше отбелязано по-рано, autotrophs вземат, или така наречените първични произ-з стотинки. Vtorogogo организми ниво в хранителната верига се наричат първични потребители, трети - вторичен потребителите, и така нататък ..
Обикновено има три вида хранителни вериги. Хранителни хищници верига започва с растения и малки организми, които се движат от по-големи и по-големи размери, за да организми. Сухоземни хранителни вериги се състоят от три или четири единици.
Един от най-простите хранителната верига има формата (виж фигура 12.5 ..):
растителна ® ® заек вълк
производство ® ® тревопасни хищници
Широко разпространени и такива хранителни вериги:
растителен материал (например, нектар) ® ® ® билета паяк
сок трендафил ® ® въшка калинка (листни въшки) калинка ®
Spider ® ® ® насекомоядни птици хищна птица.
Във воден и по-специално, верижни хищници морските екосистеми хранителни обикновено по-дълъг от земята са. Широкото вид храна връзката е показано на фиг. И Таблица 12.21. 12.5.
Фиг. 12.21. Хранителни вериги в сухоземните и водните екосистеми:
I - производители; II - тревопасни животни; III, IV, V - месоядни; 0 - деструктори (в Е. Ramada, 1981)
Структурата на хранителната верига в морската екосистема
(С Е. Ramada, 1981)
Хранителни вериги, включително паразити се различават от тези и си отиват от голям, за да малки организми. В някои случаи организмите таксономично много отдалечени от друг, са разработени един в друг орган, първият вътре във втората паразита и т.н. Например, насекоми hyperparasitism силно развита, и често хранителната верига е както следва ..:
растителна тревопасни ® ® ® паразит biparasite
бор гъсеница ® ® ® braconids ездачи
Abies Choristoneura Apantelessp Chaleididae
Около всеки вид на фитофагусни насекоми, които се хранят с растения се образува зооценози паразити и хищници, образувайки многобройни хранителната верига, когато приемащата е първоначална връзка.
Тези видове хранителни вериги започват с фотосинтезата организми-ziruyuschih и се наричат пасторалната (паша или верига или във веригата на потребление).
Третият тип хранителни вериги, започвайки от мъртви растения, остатъци от екскременти и умрели животни, по-нататък detrital (сапрофитни) хранителни вериги или вериги detrital разпадане. В detrital хранителната верига в земните екосистеми играят важна роля широколистни гори, повечето от листата не са изядени от тревопасни животни, и е част от носилката на паднали листа. Листата са смачкани множество detritophages - гъбички, бактерии, насекоми (например, безкрили) и др допълнително поглъщат глинени (дъжд) червеи, които носят равномерно разпределение на повърхностния слой на хумус в земята, образувайки така наречената нуйол (фигура 12.22) ....
Фиг. 12.22. Detrital хранителна верига в земната екосистема
На това ниво, гъбичната мицела се полага. Биоразградими, завършва веригата, производство на крайния минерализация на мъртви органични остатъци. Като цяло, типичен detrital хранителната верига на нашите гори могат да бъдат представени, както следва:
листо носилка червей ® ® ® кос
мъртво животно ® ларви на мухи padalnyh ® билков
Жаба ® трева змия.
В горните схеми хранителни вериги всеки организъм представени като хранене други организми от същия тип. Истинският връзката в храната екосистема много по-сложно, тъй като животното може да яде организми от различни видове от същия хранителната верига, или от различни хранителни вериги, например, месоядни горните трофични нива. Често животните се хранят растенията, така и други животни. Те са наречени всеядни. По този начин, всички три вида хранителни вериги са винаги съществуват съвместно в една екосистема, така че нейните членове са обединени от множество пресичащи хранителни връзки, както и всички те заедно образуват хранителна (трофична) верига (фиг. 12.23).
Хранителни мрежи в екосистеми е много сложно, и това може да се заключи, че енергията, която им се предоставя за дълго време, за да мигрират от един организъм в друг.
Фиг. 12.23. Храни мрежа и посоката на материалните потоци
Екологична пирамида. В рамките на всяка мрежа екосистема трофична има добре дефинирана структура, която се характеризира с вида и количеството на организмите, представени на всяко ниво на различни хранителни вериги. За да се изследва взаимоотношенията между организмите в екосистемата и техните графични изображения обикновено използват диаграми нехранителни мрежа и екологична пирамида. Environmental изрично трофичен пирамида структура на екосистемите в геометрична форма. Те са конструирани като правоъгълници с еднаква ширина, но дължина правоъгълници трябва да бъде пропорционална на стойността на измерения обект. От тук можете да получите най-пирамидални числа, биомаса и енергия.
Екологични пирамида отразяват основните характеристики на всяка екологична общност, когато те го покаже трофична структура:
- височината им е пропорционален на дължината на разглеждания хранителната верига, т.е. броят съдържащата се в нея хранителни нива; ..
- формата им е повече или по-малко се отразява на ефективността на преобразуване на енергията при прехода от едно ниво на друго.
население пирамида. Те представляват най-прост сближаване да учат трофична структурата на екосистемата. В тази първа брои броя на организмите в дадена територия, да ги групирате по трофични нива и представят като правоъгълник, дължината (или областта) е пропорционална на броя на организмите, които живеят в дадена област (или в този екран, ако водната екосистема). Основното правило, което гласи, че всяко растение среда напред животни тревопасни напред хищници, насекоми повече от птици, и други подобни. Г. (фиг. 12.24).
Фиг. 12.24. Опростена схема на размера на пирамида
(От G. Новиков, 1979)
население пирамида отразява плътността на организми при всяко трофично ниво. Изграждането на различни пирамиди на населението бележи голямо разнообразие. Често те са обърнати (фиг. 12,25).
Така например, в гората, там са значително по-малко дървета (първични производители), отколкото насекоми (тревопасни).
Фиг. 12.25. пирамида на населението:
Подобен модел се наблюдава в сапрофитите хранителната верига и паразити.
Пирамида на биомаса. Той отразява по-пълно хранене взаимоотношения в една екосистема, тъй като взема предвид общата маса на организми (биомаса) на всяко ниво в хранителната верига. Правоъгълници в пирамиди организми биомаса представляват тегло всяко трофично ниво на единица площ или обем. Формата на пирамидата на биомаса често е сходна с формата на пирамида номер. Характеризира се с намаляване на биомаса във всяка от следващата трофично ниво (Фиг. 12.26 и 12.27).
Фиг. 12.27. Видове пирамиди биомаса в различни мерни единици
пирамида биомаса, както и размера, може да бъде не само права, но и с главата надолу. Обърнатата пирамида на характеристика на биомаса на водните екосистеми, където първичните производители, като фитопланктон водорасли бързо се разделят, както и техните потребители - зоопланктон ракообразни - са много по-големи, но имат по-дълъг репродуктивен цикъл. По-специално, то се отнася до среда сладководни където първично производство се осигурява от микроскопични организми, метаболизма, което се увеличава, т.е.. Е. биомаса е ниска, производителността е висока.
енергия пирамида. Най-основната начин да покаже връзките между организми naraznyh трофични нива служи като енергиен пирамида. Те представляват ефективност превръщане на енергия и производителността на хранителната верига са конструирани чрез преброяване количеството енергия (ккал) натрупани на единица площ и за единица време, използван от организми при всяко трофично ниво. Така, че е сравнително лесно да се определи количеството енергия, съхранена в биомасата, и по-трудно да се изчисли общото количество енергия, абсорбирана при всяко ниво в хранителната верига. (. Фигура 12.28) С заговор, можем да кажем, че деструктори, значението на което се появява в малка пирамида от биомаса, както и броят на пирамида напротив; произвежда значителна част от енергията, която преминава през екосистемата. В този случай само част от тази енергия е в организмите на всяко ниво в хранителната верига на екосистемите и се съхраняват в биомасата, а останалата част се използва за посрещане на нуждите на метаболитни живи същества: поддържането на съществуване, растеж, възпроизводство. Животните също консумират значителни количества енергия за мускулна работа.
Фиг. 12.28. пирамида на околната среда (от Е. Odum, 1959):
и - пирамидата на номера; б - пирамидата на биомаса;
в - енергийната пирамида.
Затъмнените кутии показват нетно производство
Да разгледаме по-подробно, което се случва с енергия по време на предаването му през хранителната верига (фиг. 12,29).
Фиг. 12.29. Потокът на енергия чрез трите нива на трофична
верига (за Dyuvin P. М. и Tanguy, 1968)
Той вече беше посочено, че слънчевата енергия, получена от растението, само използва частично в процеса на фотосинтеза. Фиксирана въглехидрати енергия е брутната продукция на екосистемата (PX). Въглехидрати ще изгради протоплазма и растежа на растенията. Част от тяхната енергия се изразходва за дишане (D1). Net изход (IF) се определя по формулата:
Вследствие на енергийния поток през нивото на производителите, или брутната продукция, можем да си представим:
А определено количество материал е създаден от производителите на храни (K) растителноядни. Други матрици и като резултат обработени разлагащи (Н). Фитофагусни асимилирани храна (А) е само частично, използван за образуването на биомаса (Pd). Той е прекарал най-вече върху енергийните доставки дишането процеси (D) и до известна степен отделено от тялото под формата на секрети и екскрети (E). плътността на енергийния поток, преминаващ през втората хранителното ниво, изразено по следния начин:
Consuments втори порядък (хищници) не унищожи цялата биомаса на жертвите. В този случай, размерът на това, което те унищожи, само част от биомасата се използва при създаването на собствената си ниво в хранителната верига. Останалата част от най-вече изразходвани за дишане енергия се освобождава от екскретите и екскременти. енергийния поток чрез нивото на втори ред на потребителите (хищници), изразена с формулата:
Също така, можете да проследите на съвкупността от хранителната верига до последния хранителното ниво. Вертикално разпределение различни енергийни разходи трофични нива, ние получаваме пълна картина на хранителната верига в екосистемата (фиг. 12.30).
Фиг. 12.30. енергия пирамида (на Е. Ramada, 1981):
Е - енергия освободен от метаболити; D - естествена смърт; W -fekalii; R - дъх
енергиен поток, изразен количество вещество усвояват от веригата на захранване намалява за всяко трофично ниво или:
АКО> Р2> P3, и т.н.
Р. Линдеман през 1942 за пръв път формулира закона за енергията на пирамидата, която в учебниците често е наричан "закона на 10 \%." Според този закон, от едно трофично-kogourovnya екологична пирамидални се премести в друго ниво, по никакъв средната му повече от 10 \% от енергията.
Следван от heterotrophs се предава само 10-20 \% от първоначалната енергия. Използването на правото на енергийната пирамида, че е лесно да се изчисли, че количеството енергия в размер на третични хищници (ниво V трофична) е около 0.0001 енергия, поета от производителите. От това следва, че прехвърлянето на енергия от едно ниво на друго се случва с много ниска ефективност. Това обяснява и ограничения брой единици в без оглед на хранителната верига на биоценоза.
Odum E. (1959) в изключително опростена хранителната верига - люцерна ® ® телешки дете оценено превръщане на енергия илюстрирано стойността на загуба. Да предположим, разсъждаваше той, има сеитба на люцерна в района на 4 хектара. В тази област, хранене на телета (приемайки, че те само се яде люцерна), а 12-годишно момче се храни изключително телешко месо. Резултатите от представени под формата на трите пирамиди изчисления: изобилие, биомаса и енергията, - доказателства; (фигура 12.31 и 12.32.) люцерна, която използва само 0,24 \% от цялата инцидента в областта на слънчевата енергия се абсорбира от теле 8 \% от тези продукти и само 0.7 \% телешки биомаса осигурява развитие на детето през годината *.
Фиг. 12.31. Опростен екосистема: люцерна - телета - младо момче
(За Е. Odum, 1959):
А - номера пирамида; Б - пирамида на биомаса; Б - енергия пирамида
Така Е. Odum показа, че само една милионна на входящия слънчевата енергия се превръща в биомаса хищници, в този случай се увеличава теглото на детето, и се губи останалата част се диспергира под формата на разгражда в околната среда. Този пример илюстрира ефективността на много ниски екосистеми околната среда и ниска ефективност при превръщането на хранителната верига. Може да се твърди, както следва: ако 1000 ккал (m2 дневно) фиксирани производители, а след това 10 Kcal (m2 ден) тревопасни биомаса влиза и само 1 ккал - хищник биомаса. (M2 г.).
Тъй като определено количество на веществото може да се използва многократно всеки биоценоза, част от енергията, след като целесъобразно да се каже, в предаването на екосистемите каскада енергия настъпва (вж. Фиг. 12,19).
Consuments управляват и стабилизиращ елемент в екосистемата (фиг. 12.32). Consuments генерират спектър разнообразие ценоза, предотвратяване монополно доминанти. стойност регламент за контрол на потребителите с основание може да се дължи на доста фундаментално. Според кибернетичните възгледи, системата за контрол трябва да е по-сложна структура, отколкото задвижване, причината става ясно видове множество консуматори. Контролната стойност и енергията на потребителите има базовите. енергийния поток през една или друга хранителното ниво, не може напълно да се определя от наличието на храна по-ниско ниво в хранителната верига. Винаги има, както знаете, адекватно "безопасност", както е пълното унищожаване на храна ще доведе до смъртта на потребителите. Тези общи модели се наблюдават в рамките на процесите на населението, общности, нива на пирамидата на околната среда, биоценоза като цяло.
Свързани статии