Vrste prehranjevalnih mrež. Primer prehranjevalne mreže. določena vrstna sestava
Predstavniki različnih trofičnih ravni so med seboj povezani z enosmernim usmerjenim prenosom biomase v prehranjevalne verige. Z vsakim prehodom na naslednjo trofično raven se del razpoložljive energije ne zazna, del se odda v obliki toplote, del pa se porabi za dihanje. V tem primeru se skupna energija vsakič večkrat zmanjša. Posledica tega je omejena dolžina prehranjevalnih verig. Krajša kot je prehranjevalna veriga oziroma bližje je organizem svojemu začetku, večja količina razpoložljivo energijo v njej.
Prehranjevalne verige plenilcev segajo od proizvajalcev do rastlinojedcev, ki jih jedo mali zveri, služijo pa kot hrana večjim plenilcem itd. Ko se premikate po verigi plenilcev, se živali povečujejo in zmanjšujejo. Podaljšanje verige nastane zaradi sodelovanja plenilcev v njej. Relativno preprosta in kratka prehranjevalna veriga plenilcev vključuje potrošnike drugega reda:
Trava (proizvajalec) -» zajci (potrošnik jaz naročilo) ->
-» lisica (potrošnik II naročilo).
Daljša in bolj zapletena veriga vključuje potrošnike petega reda:
Bor -> Listne uši -> Pikapolonice -> Pajki ->
-» Žužkojede ptice -> Ptice ujede.
Trava -» Rastlinojedi sesalci -> bolhe -> flagelati.
V detritnih verigah so potrošniki detritofagi, ki pripadajo različnim sistematičnim skupinam: majhne živali, predvsem nevretenčarji, ki živijo v tleh in se hranijo z odpadlim listjem, ali bakterije in glive, ki razgrajujejo organske snovi. V večini primerov je za delovanje obeh skupin detritovorov značilna stroga koordinacija: živali ustvarjajo pogoje za delovanje mikroorganizmov, ki trupe živali in odmrle rastline razdelijo na majhne dele.
Detritne verige se od pašnih verig ločijo tudi po tem, da veliko število živali, ki se hranijo z detritusom, tvori nekakšno združbo, katere člani so med seboj povezani z različnimi trofičnimi odnosi (slika 10.4).
riž. 10.4.
V tem primeru lahko govorimo o obstoju prehranjevalnih mrež detritofagov, ločenih od linearnih verig plenilcev. Poleg tega je za številne detritojede značilna široka paleta hrane in lahko, odvisno od okoliščin, skupaj z detritusom uporabljajo alge, male živali itd.
riž. 10.5. Najpomembnejše povezave v prehranjevalnih mrežah: ampak - ameriška prerija; b- ekosistemi severna morja za sled
Prehranjevalne verige, ki izhajajo iz zelenih rastlin in odmrlih organskih snovi, so v ekosistemih najpogosteje prisotne skupaj, vendar skoraj vedno ena od njih prevladuje nad drugo. Vendar pa se v nekaterih specifičnih okoljih (na primer brezno in podzemlje), kjer je obstoj organizmov s klorofilom zaradi pomanjkanja svetlobe nemogoč, ohranijo prehranjevalne verige samo detritnega tipa.
Prehranjevalne verige med seboj niso izolirane, ampak so tesno prepletene. Sestavljajo tako imenovane prehranjevalne mreže. Načelo njihovega oblikovanja je naslednje. Vsak proizvajalec nima enega, ampak več potrošnikov. Po drugi strani pa potrošniki, med katerimi prevladujejo polifagi, ne uporabljajo enega, temveč več virov hrane. Za ponazoritev navajamo primere razmeroma enostavnega (slika 10. 5a) in zapletene (slika 10.55) prehranjevalne mreže.
V kompleksni naravni skupnosti se šteje, da tisti organizmi, ki prejemajo hrano iz rastlin, ki zasedajo prvo trofično raven skozi enako število stopenj, pripadajo isti trofični ravni. Tako rastlinojede živali zasedajo drugo trofično raven (raven primarnih potrošnikov), plenilci, ki jedo rastlinojede živali, zasedajo tretjo (raven sekundarnih potrošnikov), sekundarni plenilci pa četrto (raven terciarnih potrošnikov). Poudariti je treba, da trofična klasifikacija ne deli na skupine same vrste, temveč vrste njihove življenjske dejavnosti. Populacija ene vrste lahko zaseda eno ali več trofičnih ravni, odvisno od tega, katere vire energije te vrste uporabljajo. Na enak način vsako trofično raven predstavlja ne ena, ampak več vrst, zaradi česar so prehranjevalne verige zapleteno prepletene.
Prehranjevalno verigo sestavljajo organizmi različnih vrst. Hkrati so organizmi iste vrste lahko del različnih prehranjevalnih verig. Zato se prehranjevalne verige prepletajo in tvorijo kompleksne prehranjevalne mreže, ki pokrivajo vse ekosisteme planeta.[...]
Prehranjevalna (trofična) veriga je prenos energije iz njenega vira – proizvajalcev – preko številnih organizmov. Prehranjevalne verige lahko razdelimo na dve glavni vrsti: pašno verigo, ki se začne z zeleno rastlino in nadaljuje do pašnih rastlinojedcev in plenilcev, in detritusno verigo (iz latinščine worn), ki se začne iz produktov razpadanja odmrle organske snovi. . Pri nastanku te verige imajo odločilno vlogo različni mikroorganizmi, ki se prehranjujejo z odmrlo organsko snovjo in jo mineralizirajo ter jo spet spremenijo v protozoje. organske spojine. Prehranjevalne verige med seboj niso izolirane, ampak so med seboj tesno prepletene. Pogosto žival, ki poje živo organska snov, poje tudi mikrobe, ki uživajo nežive organske snovi. Tako se načini uživanja hrane razvejajo in tvorijo tako imenovane prehranjevalne mreže.[...]
Prehranjevalni splet je zapleteno tkanje v skupnosti prehranjevalnih verig.[...]
Prehranjevalne mreže nastanejo zato, ker je skoraj vsak član prehranjevalne verige tudi člen v drugi prehranjevalni verigi: zaužije in zaužije ga več vrst drugih organizmov. Torej, v hrani travniškega volka - kojota je do 14 tisoč vrst živali in rastlin. Verjetno je enak vrstni red vrst, ki sodelujejo pri zaužitju, razgradnji in uničenju snovi trupla kojota.[...]
Prehranjevalne verige in trofične ravni. S sledenjem prehranskih razmerij med člani biocenoze (»kdo koga in koliko poje«) je mogoče zgraditi prehranjevalne verige. različni organizmi. Primer dolge prehranjevalne verige je zaporedje prebivalcev arktičnega morja: "mikroalge (fitoplankton) -> mali rastlinojedi raki (zooplankton) - mesojedi hranilci planktona (črvi, raki, mehkužci, iglokožci) -> ribe (2- Možni so 3 povezave v zaporedju plenilskih rib) - > tjulnji -> polarni medved. Verige kopenskih ekosistemov so običajno krajše. Prehranjevalna veriga je praviloma umetno izolirana od prave prehranjevalne mreže – pleksusa številnih prehranjevalnih verig.[...]
Prehranjevalni splet je kompleksen splet odnosov s hrano.[...]
Prehranjevalne verige pomenijo linearen pretok virov od ene trofične ravni do druge (slika 22.1, a). V tej zasnovi so interakcije med vrstami preproste. Vendar noben sistem tokov virov v BE ne sledi tej preprosti strukturi; so veliko bolj podobni omrežni strukturi (slika 22.1b). Tu se vrste na eni trofični ravni prehranjujejo z več vrstami na naslednji, nižji ravni, vsejedost pa je zelo razširjena (slika 22.1, c). Nazadnje lahko popolnoma definirana prehranjevalna mreža kaže različne značilnosti: več trofičnih ravni, plenilstvo in vsejednost (slika 22.1, [ ...]
Številne prehranjevalne verige, prepletene v biocenozah in ekosistemih, tvorijo prehranjevalne mreže. Če je splošna prehranjevalna veriga upodobljena v obliki gradnikov, ki pogojno predstavljajo kvantitativno razmerje absorbirane energije na vsaki stopnji, in če jih dodate eno na drugo, dobite piramido. Imenuje se ekološka piramida energij (slika 5).[ ...]
Diagrami prehranjevalnih verig in prehranjevalnih mrež. Pike predstavljajo poglede, črte predstavljajo interakcije. Višje vrste so plenilci nižjih, zato viri tečejo navzgor.[ ...]
V prvi vrsti prehranjevalnega spleta gre pretok energije od rastlin do rastlinojedcev in nato do potrošnikov. visoko naročilo. To je mreža pašnikov ali pašna mreža. Ne glede na velikost biocenoze in habitata se rastlinojede živali (kopenske, vodne, talne) pasejo, jedo zelene rastline in prenašajo energijo na naslednje nivoje (slika 96).[ ...]
V skupnostih se prehranjevalne verige na kompleksen način prepletajo in tvorijo prehranjevalne mreže. Sestava hrane vsake vrste običajno ne vključuje ene, temveč več vrst, od katerih vsaka lahko služi kot hrana za več vrst. Po eni strani vsako trofično raven predstavlja veliko populacij različnih vrst, po drugi strani pa veliko populacij pripada več trofičnim ravnem hkrati. Posledično zaradi zapletenosti prehranskih razmerij izguba ene vrste pogosto ne poruši ravnovesja v ekosistemu.[...]
[ ...]
Ta diagram ne ponazarja le prepletanja živilskih povezav in prikazuje tri trofične ravni, temveč tudi razkriva dejstvo, da nekateri organizmi zavzemajo vmesni položaj v sistemu treh glavnih trofičnih ravni. Tako se ličinke ličinke, ki gradijo mrežo za lovljenje, prehranjujejo z rastlinami in živalmi in zasedajo vmesni položaj med primarnimi in sekundarnimi porabniki.[...]
Primarni vir človeških virov hrane so bili tisti ekosistemi, v katerih bi lahko obstajala. Nabiranje in lov sta bila načina pridobivanja hrane, z razvojem izdelave in uporabe vse naprednejših orodij pa se je povečeval delež lovskega plena, s tem pa tudi delež mesa, torej visokokakovostnih beljakovin. dieto. Sposobnost organiziranja velikih stabilnih ekip, razvoj govora, ki omogoča organiziranje zapletenega usklajenega vedenja mnogih ljudi, so iz človeka naredili "super plenilca", ki je zasedel najvišji položaj v prehranjevalnih mrežah tistih ekosistemov, ki jih je obvladal, ko se je naselil. Zemlja. Edini sovražnik mamuta je bil torej človek, ki je skupaj z umikom ledenika in podnebnimi spremembami postal eden od razlogov za smrt teh severnih slonov kot vrste.[ ...]
[ ...]
Na podlagi študije 14 prehranjevalnih mrež v skupnostih je Cohen odkril presenetljivo doslednost v razmerju med številom "vrst" plena in številom "vrst" plenilcev, ki je bilo približno 3:4. Nadaljnji podatki, ki potrjujejo to razmerje podajata Bryand in Cohen, ki sta preučevala 62 podobnih omrežij. Graf takšne sorazmernosti ima naklon manjši od 1 v nihajočih in konstantnih medijih. Uporaba "tipov" organizmov namesto pravih vrst običajno ne daje povsem objektivnih rezultatov, čeprav je posledično razmerje med plenom in plenilcem morda podcenjeno, je njegova konstantnost izjemna.[...]
V BE ima veliko (vendar ne vse) prehranjevalne mreže veliko število primarnih proizvajalcev, manj potrošnikov in nekaj vrhunskih plenilcev, kar daje spletu obliko, prikazano na sl. 22.1, b. Vsejedi v teh sistemih so lahko redki, medtem ko je razkrojevalcev veliko. Modeli spleta hrane so zagotovili potencialni okvir za plodno analizo tokov virov v BE in PE. Težave pa nastanejo, ko poskušamo kvantificirati tokove virov in strukturo omrežja ter lastnosti stabilnosti podrediti matematični analizi. Izkazalo se je, da je veliko zahtevanih podatkov težko z gotovostjo identificirati, zlasti za organizme, ki delujejo na več kot eni trofični ravni. Ta lastnost ne povzroča glavne težave pri študijah toka virov, vendar resno otežuje analizo stabilnosti. Trditev, da so kompleksnejši sistemi bolj stabilni – ker prekinitev ene vrste ali pretočne poti preprosto prenaša energijo in vire na druge poti, namesto da blokira pot celotnemu pretoku energije ali virov – je vroča razprava.[...]
Analiza velikega števila industrijskih prehranjevalnih mrež lahko tako razkrije značilnosti, ki niso prikazane v drugih pristopih. V projektu ekosistema na sl. 22.5, na primer, analiza omrežja lahko odraža manjkajoči sektor ali vrsto industrijske dejavnosti, ki bi lahko povečala povezljivost. Te teme zagotavljajo bogato področje za podrobne raziskave.[...]
V vsakem ekosistemu imajo prehranjevalne mreže dobro opredeljeno strukturo, za katero je značilna narava in število organizmov, prisotnih na vsaki ravni različnih prehranjevalnih verig. Za preučevanje odnosov med organizmi v ekosistemu in njihovo grafično upodobitev se običajno uporabljajo ekološke piramide in ne diagrami prehranjevalne mreže. Ekološke piramide izražajo trofično strukturo ekosistema v geometrijski obliki.
Zanimiva je dolžina prehranjevalnih verig. Jasno je, da zmanjšanje razpoložljive energije s prehodom na vsak naslednji člen omejuje dolžino prehranjevalnih verig. Vendar razpoložljivost energije verjetno ni edini dejavnik, saj dolge prehranjevalne verige pogosto najdemo v neplodnih sistemih, kot so oligotrofna jezera, in kratke v visoko produktivnih ali evtrofnih sistemih. Hitra proizvodnja hranilnega rastlinskega materiala lahko spodbudi hitro pašo, kar povzroči koncentracijo pretoka energije v prvih dveh do treh trofičnih ravneh. Evtrofikacija jezer spremeni tudi sestavo planktonske prehranjevalne mreže "fitoplankton-veliki zooplankton-plenilske ribe" in jo spremeni v mikrobno-detritalni mikrozooplanktonski sistem, ki ni tako primeren za ohranjanje športnega ribolova.[...]
S stalnim pretokom energije v prehranjevalni mreži ali verigi manjši kopenski organizmi z visoko specifično presnovo ustvarijo relativno manj biomase kot večji1. Pomemben del energije se porabi za vzdrževanje metabolizma. To pravilo "presnova in velikost posameznikov" ali pravilo Yu. Oduma se v vodnih biocenozah običajno ne izvaja, upoštevajoč realne življenjske razmere v njih (v idealnih razmerah je univerzalnega pomena). To je posledica dejstva, da majhni vodni organizmi v veliki meri podpirajo svojo presnovo zaradi zunanje energije svojega neposrednega okolja.[...]
Mikroflora tal ima dobro razvito prehranjevalno mrežo in močan kompenzacijski mehanizem, ki temelji na funkcionalni zamenljivosti nekaterih vrst z drugimi. Poleg tega lahko številne vrste zaradi labilnega encimskega aparata zlahka prehajajo z enega hranilnega substrata na drugega in s tem zagotavljajo stabilnost ekosistema. To bistveno otežuje oceno vpliva različnih antropogenih dejavnikov nanjo in zahteva uporabo integriranih kazalnikov.[ ...]
[ ...]
Prvič, randomizirane prehranjevalne mreže pogosto vsebujejo biološko nesmiselne elemente (na primer zanke te vrste: A poje B, B poje C, C poje A). Analiza »smiselno« zgrajenih omrežij (Lawlor, 1978; Pimm, 1979a) kaže, da (a) so bolj stabilna od obravnavanih in (b) ni tako ostrega prehoda v nestabilnost (v primerjavi z zgornjo neenakostjo), čeprav stabilnost še vedno pada z naraščajočo kompleksnostjo.[...]
| 21.2 |  |
Seveda, da, če ne v okviru biogeocenoz – nižjih stopenj hierarhije ekosistemov –, pa v vsakem primeru znotraj biosfere. Ljudje iz teh omrežij prejemajo hrano (agrocenoze so spremenjeni ekosistemi z naravno osnovo). Samo iz "divje" narave ljudje pridobivajo gorivo - energijo, glavne ribje vire in druge "darove narave". Sanje V. I. Vernadskega o popolni avtotrofiji človeštva še vedno ostajajo iracionalne sanje1 - evolucija je nepovratna (pravilo L. Dola), tako kot zgodovinski proces. Brez pravih avtotrofov, predvsem rastlin, človek ne more obstajati kot heterotrofni organizem. Končno, če ne bi bil fizično vključen v prehranjevalne mreže narave, potem njegovega telesa po smrti ne bi uničili organizmi, ki razgrajujejo, in Zemlja bi bila posejana z nerazpadlimi trupli. Teza o ločitvi človeka in naravnih prehranjevalnih verig temelji na nesporazumu in je očitno zmotna.[...]
V pogl. 17 analizira načine združevanja različnih skupin potrošnikov in njihove hrane v mrežo medsebojno delujočih elementov, preko katerih poteka prenos snovi in energije. V pogl. 21 se bomo vrnili k tej temi in obravnavali vpliv strukture prehranjevalne mreže na dinamiko skupnosti kot celote, pri čemer bomo posebno pozornost namenili značilnostim njihove strukture, ki prispevajo k stabilnosti.[...]
Štirje primeri bodo zadostovali za ponazoritev glavnih značilnosti prehranjevalnih verig, prehranjevalnih mrež in trofičnih ravni. Prvi primer je regija skrajnega severa, imenovana tundra, kjer je relativno malo vrst organizmov, ki so se uspešno prilagodili nizkim temperaturam. Zato so prehranjevalne verige in prehranjevalne mreže tukaj razmeroma preproste. Eden od ustanoviteljev sodobne ekologije, britanski ekolog C. Elton, ki se je tega zavedal, je že v 20-30-ih letih našega stoletja začel preučevati arktične dežele. Bil je eden prvih, ki je jasno orisal načela in koncepte, povezane s prehranjevalnimi verigami (Elton, 1927). Rastline tundre - lišaji ("jelenji mah") C1a donia, trave, šaši in pritlikave vrbe sestavljajo hrano karibujev v severnoameriški tundri in njenega ekološkega dvojnika v tundri starega sveta - severnih jelenov. Te živali pa služijo kot hrana za volkove in ljudi. Rastline tundre jedo tudi lemingi - puhasti kratkorepi glodalci, ki spominjajo na medveda v malem, in jerebice tundre. Vso dolgo zimo in vse kratko poletje arktične lisice in snežne sove se prehranjujejo predvsem z lemingi. Vsaka pomembna sprememba številčnosti lemingov se odraža na drugih trofičnih ravneh, saj so drugi viri hrane redki. Zato številčnost nekaterih skupin arktičnih organizmov močno niha od prevelike do skoraj popolnega izumrtja. To se je pogosto dogajalo v človeški družbi, če je bila odvisna od enega ali nekaj virov hrane (spomnite se "krompirjeve lakote" na Irskem1).[ ...]
Ena od posledic hipoteze o odpornosti, ki jo je načeloma mogoče preizkusiti, je, da bi morale biti prehranjevalne verige v okoljih z manj predvidljivim vedenjem krajše, saj se zdi, da zadržijo le najbolj elastične prehranjevalne mreže, kratke verige pa imajo zgoraj elastičnost. Briand (Briand, 1983) je 40 prehranjevalnih mrež (glede na podatke, ki jih je zbral) razdelil na tiste, ki so povezane s spremenljivim (pozicije 1-28 v tabeli 21.2) in konstantnim (pozicije 29-40) okolji. V povprečni dolžini maksimalnih prehranjevalnih verig med tema skupinama ni bilo bistvenih razlik: število trofičnih ravni je bilo 3,66 oziroma 3,60 (slika 21.9). Te določbe je treba še kritično pregledati.[...]
Poleg tega postanejo rezultati simulacije drugačni, če se upošteva, da na populacije potrošnikov vplivajo viri hrane, ki so neodvisni od vpliva potrošnikov (¡3,/X), 3(/ = 0: tako- imenovano »sistem, ki ga regulirajo darovalci« ), V prehranjevalnem spletu te vrste odpornost bodisi ni odvisna od kompleksnosti ali pa se povečuje skupaj z njo (DeAngelis, 1975). V praksi je edina skupina organizmov, ki običajno izpolnjuje ta pogoj, detritivori.[...]
Vendar pa tako stroga slika prehoda energije z nivoja na raven ni povsem realistična, saj so trofične verige ekosistemov zapleteno prepletene in tvorijo prehranjevalne mreže. Na primer, fenomen "trofične kaskade", ko plenjenje povzroči spremembo gostote, biomase ali produktivnosti populacije, skupnosti ali trofične ravni vzdolž več kot ene prehranjevalne mreže (Pace et al., 1999). P. Mitchell (2001) navaja naslednji primer: morske vidre se hranijo morski ježki ki jedo rjave alge, je uničenje vidr s strani lovcev povzročilo uničenje rjavih alg zaradi povečanja populacije ježkov. Ko je bil lov na vidre prepovedan, so se alge začele vračati v svoja bivališča.[ ...]
Zelene rastline pretvarjajo fotonsko energijo sončne svetlobe v energijo kemične vezi kompleksne organske spojine, ki nadaljujejo svojo pot skozi razvejane prehranjevalne mreže naravnih ekosistemov. Vendar pa je ponekod (na primer v močvirjih, ob ustjih rek in morij) del organske rastlinske snovi, ki je enkrat na dnu, prekrit s peskom, preden postane hrana za živali ali mikroorganizme. Ob določeni temperaturi in tlaku talnih kamnin tisoče in milijone let nastajajo premog, nafta in druga fosilna goriva iz organskih snovi ali, z besedami VI Vernadskega, "živa snov gre v geologijo". [ ...]
Primeri prehranjevalnih verig: rastline - rastlinojede živali - plenilec; travnopoljska miš-lisica; krmne rastline - krava - človek. Praviloma se vsaka vrsta prehranjuje z več kot eno samo vrsto. Zato se prehranjevalne verige prepletajo in tvorijo prehranjevalno mrežo. Bolj ko so organizmi povezani prek prehranjevalnih mrež in drugih interakcij, bolj je skupnost odporna proti morebitnim motnjam. Naravni, nemoteni ekosistemi stremijo k ravnovesju. Ravnotežno stanje temelji na interakciji biotskih in abiotskih okoljskih dejavnikov.[...]
Na primer, uničenje gospodarsko pomembnih škodljivcev v gozdovih s pesticidi, odstrel dela živalskih populacij, ulov nekaterih vrst komercialnih rib so delne motnje, saj vplivajo le na posamezne člene v prehranjevalnih verigah, ne da bi vplivali na prehranjevalne mreže kot celoto. . Bolj zapletena je prehranjevalna mreža, struktura ekosistema, manjši je pomen tovrstnih motenj in obratno. Hkrati pa sproščanje in izpust v ozračje ali vodo kemičnih ksenobiotikov, kot so žveplovi, dušikovi, ogljikovodiki, fluorove spojine, klor, težke kovine, korenito spremeni kakovost okolja, ustvarja interferenco na ravni proizvajalcev na splošno, in zato vodi v popolno degradacijo ekosistema: ker glavna trofična raven umre - proizvajalci.[...]
Hlapna zmogljivost = (/gL -)/kW Energetska shema primitivnega sistema v Ugandi. D. Energetska shema kmetijstva v Indiji, kjer je glavni vir energije svetloba, vendar pretok energije skozi živino in žita uravnava človek. D. Električno omrežje visoko mehaniziranega kmetijstva. Visoki donosi temeljijo na znatnem vlaganju energije z uporabo fosilnih goriv, ki opravljajo delo, ki so ga prej opravljali ljudje in živali; hkrati pa izpade prehranjevalna mreža živali in rastlin, ki jih je bilo treba »nahraniti« v dveh prejšnjih sistemih.[ ...]
Opravljenih je bilo več poskusov matematične analize razmerja med kompleksnostjo skupnosti in njeno stabilnostjo, pri čemer so avtorji pri večini prišli do približno enakih zaključkov. Pregled tovrstnih publikacij je bil podan do maja (maj 1981). Kot primer vzemimo njegovo delo (maj, 1972), ki prikazuje tako metodo samo kot njene pomanjkljivosti. Na vsako vrsto so vplivale njene interakcije z vsemi drugimi vrstami; kvantitativno je bil vpliv gostote vrst / na rast števila i ocenjen z indeksom p. V popolni odsotnosti vpliva je nič, pri dveh konkurenčnih vrstah sta Pc in Pji negativna, v primeru plenilca (¿) in plena (/) je Ru pozitiven, jjji pa negativen.[ ...]
Kisle padavine povzročajo smrtonosne učinke na življenje v rekah in rezervoarjih. Številna jezera v Skandinaviji in vzhodni Severni Ameriki so postala tako kisla, da se ribe v njih ne morejo le drstiti, ampak preprosto preživeti. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so ribe popolnoma izginile v polovici jezer v teh regijah. Najbolj nevarno je zakisljevanje oceanskih plitvih voda, ki vodi v nezmožnost razmnoževanja številnih morskih nevretenčarjev, kar lahko povzroči prekinitev prehranjevalnih mrež in močno poruši ekološko ravnovesje v oceanih.[...]
Modeli interakcij, ki jih nadzorujejo darovalci, se v več pogledih razlikujejo od tradicionalnih modelov interakcij tipa Lotka-Volterra tipa plenilec-plen (10. poglavje). Pomembna razlika je v tem, da so interakcijske skupine vrst, ki kažejo dinamiko, ki jo nadzorujejo darovalci, še posebej odporne in da je odpornost dejansko neodvisna od povečanja raznolikosti vrst in kompleksnosti prehranjevalne mreže ali celo narašča. Ta situacija je povsem nasprotna od tiste, v kateri se uporablja model Lotka-Volterra. Ta pomembna vprašanja v zvezi s kompleksnostjo prehranjevalne mreže in odpornostjo skupnosti bodo podrobneje obravnavana v poglavju. 21.
Trofična struktura biocenoz
EKOLOGIJA SKUPNOSTI (SINEKOLOGIJA)
Populacije različnih vrst v naravnih razmerah so združene v sisteme višjega ranga - skupnosti in biocenoza.
Izraz "biocenoza" je predlagal nemški zoolog K. Möbius in označuje organizirano skupino populacij rastlin, živali in mikroorganizmov, prilagojenih za skupno življenje znotraj določenega volumna prostora.
Vsaka biocenoza zaseda določeno območje abiotičnega okolja. Biotop– prostor z bolj ali manj enotnimi razmerami, ki ga naseljuje ena ali druga skupnost organizmov.
Velikosti biocenotskih skupin organizmov so izjemno raznolike - od združb na drevesnem deblu ali na močvirski mahovini do biocenoze stepe perjanice. Biocenoza (skupnost) ni le vsota njenih sestavnih vrst, ampak tudi celota interakcij med njimi. Ekologija skupnosti (sinekologija) je tudi znanstveni pristop v ekologiji, po katerem najprej preučujejo kompleks odnosov in prevladujočih razmerij v biocenozi. Sinekologija se ukvarja predvsem z biotskimi okoljskimi dejavniki.
Znotraj biocenoze so fitocenoza– stabilna skupnost rastlinskih organizmov, zoocenoza- zbirka sorodnih živalskih vrst in mikrobiocenoza - skupnost mikroorganizmov:
FITOCENOZA + ZOOCENOZA + MIKROBIOCENOZA = BIOCENOZA.
Hkrati v svoji čisti obliki v naravi ne najdemo niti fitocenoze, niti zoocenoze niti mikrobiocenoze, pa tudi biocenoze ločeno od biotopa.
Biocenozo tvorijo medvrstni odnosi, ki zagotavljajo strukturo biocenoze – število osebkov, njihovo razporeditev v prostoru, sestavo vrst in podobno, pa tudi strukturo prehranjevalne mreže, produktivnost in biomaso. Za oceno vloge posamezne vrste v vrstni strukturi biocenoze se uporablja številčnost vrste - indikator, ki je enak številu posameznikov na enoto površine ali prostornino zasedenega prostora.
Najpomembnejša vrsta razmerja med organizmi v biocenozi, ki dejansko tvori njeno strukturo, so prehranske povezave plenilca in plena: eni so jedci, drugi jedo. Hkrati so vsi organizmi, živi in mrtvi, hrana za druge organizme: zajec jedo travo, lisica in volk lovita zajce, ptice ujede (jastrebi, orli itd.) lahko vlečejo in jedo oboje. lisica in volčji mladič. Odmrle rastline, zajci, lisice, volkovi, ptice postanejo hrana za detritivore (razkrojevalce ali drugače uničevalnike).
Prehranjevalna veriga je zaporedje organizmov, v katerih vsak poje ali razgradi drugega. Predstavlja pot enosmernega toka majhnega dela visoko učinkovite sončne energije, absorbirane med fotosintezo, ki je prišla na Zemljo, ki se giblje skozi žive organizme. Navsezadnje se to vezje vrne v naravno okolje v obliki toplotne energije z nizkim izkoristkom. Hranila se po njej premikajo tudi od proizvajalcev do potrošnikov in nato do razgrajevalcev in nato nazaj do proizvajalcev.
Vsak člen v prehranjevalni verigi se imenuje trofična raven. Prvo trofično raven zasedajo avtotrofi, ki jih sicer imenujemo primarni proizvajalci. Organizmi druge trofične ravni se imenujejo primarni konzumenti, tretje - sekundarni konzumenti itd. Običajno je trofičnih ravni štiri ali pet in redko več kot šest (slika 5.1).
Obstajata dve glavni vrsti prehranjevalnih verig - paša (ali "prehranjevanje") in detritalna (ali "razpadajoča").
riž. 5.1. Prehranjevalne verige biocenoze po N. F. Reimersu: posplošeno (ampak) in resnična (b). Puščice kažejo smer gibanja energije, številke pa kažejo relativno količino energije, ki prihaja na trofično raven.
IN pašne prehranjevalne verige prvo trofično raven zasedajo zelene rastline, drugo pašne živali (izraz "paša" zajema vse organizme, ki se prehranjujejo z rastlinami), tretjo pa plenilci. Torej so prehranjevalne verige pašnikov:
detritus prehranjevalna veriga se začne z detritusom po shemi:
DETRIT → DETRITOFIJA → PREDATOR
Tipične detritalne prehranjevalne verige so:
Koncept prehranjevalnih verig nam omogoča nadaljnje sledenje cikla kemični elementi v naravi, čeprav so preproste prehranjevalne verige, kot so tiste, ki so bile prikazane prej, kjer je vsak organizem predstavljen kot prehranjevalni samo z eno vrsto organizmov, v naravi redke. Pravi prehranjevalni odnosi so veliko bolj zapleteni, saj se žival lahko prehranjuje z organizmi različnih tipov, ki so del iste prehranjevalne verige ali različnih verig, kar je še posebej značilno za plenilce (porabnike) višje trofične ravni. Razmerje med pašnimi in detritalnimi prehranjevalnimi verigami ponazarja model pretoka energije, ki ga je predlagal Yu. Odum (slika 5.2).
Vsejede živali (zlasti ljudje) se prehranjujejo s potrošniki in proizvajalci. Tako se v naravi prehranjevalne verige prepletajo, tvorijo prehranske (trofične) mreže.
Pri proučevanju biotske strukture ekosistema postane očitno, da je eden najpomembnejših odnosov med organizmi hrana. Možno je zaslediti nešteto načinov gibanja snovi v ekosistemu, v katerem en organizem poje drugi, drugega pa tretji itd.
Detritivores
Eagle Detritus V
Fox Human Eagle Detritivores IV
Miš Zajec Krava Človeški detritivori III
Jablana pšenične trave I
prehranjevalna veriga- to je pot gibanja snovi (vira energije in gradbenega materiala) v ekosistemu od enega organizma do drugega.
kravja rastlina
rastlin krava človek
rastlina kobilica miška lisica orel
rastlina hrošč žaba kača ptica
Označuje smer gibanja.
V naravi so prehranjevalne verige redko izolirane druga od druge. Veliko pogosteje se predstavniki ene vrste (rastlinojedci) prehranjujejo z več vrstami rastlin, sami pa služijo kot hrana za več vrst plenilcev. Prenos škodljivih snovi v ekosistem.
prehranjevalni splet je zapletena mreža prehranskih odnosov.
Kljub raznolikosti prehranjevalnih mrež vsi sledijo skupnemu vzorcu: od zelenih rastlin do primarnih potrošnikov, od njih do sekundarnih potrošnikov itd. in detritovorom. Na zadnjem mestu so vedno detritofagi, ki zapirajo prehranjevalno verigo.
Trofična raven je skupek organizmov, ki zasedajo določeno mesto v prehranjevalnem spletu.
I trofična raven - vedno rastline,
II trofična raven - primarni potrošniki
III trofična raven - sekundarni potrošniki itd.
Detritofagi so lahko na II in višji trofični ravni.
III 3,5 J sekundarni potrošnik (volk)
II 500 j primarni potrošnik (krava)
I 6200 j rastlin
2,6*10 J absorbirane sončne energije
1,3 * 10 J pade na zemeljsko površino za
neko območje
energijska piramida
III 10 kg lisica (1)
II 100 kg zajček (10)
I 1000 kg rastlin na travniku (100 )
Piramida biomase.
Običajno so v ekosistemu 3-4 trofične ravni. To je posledica dejstva, da se pomemben del porabljene hrane porabi za energijo (90 - 99%), zato je masa vsake trofične ravni manjša od prejšnje. Relativno malo gre za tvorbo telesa organizma (1 - 10 %. Razmerje med rastlinami, konzumenti, detritofagi je izraženo v obliki piramid.
piramida biomase- prikazuje razmerje biomase različnih organizmov na trofičnih ravneh.
energijska piramida - prikazuje pretok energije skozi ekosistem. (glej sl.)
Očitno je obstoj večjega števila trofičnih ravni nemogoč zaradi hitrega približevanja biomase na nič.
Avtotrofi in heterotrofi.
Avtotrofi - To so organizmi, ki so sposobni zgraditi svoja telesa na račun anorganskih spojin z uporabo sončne energije.
Sem spadajo rastline (samo rastline). Sintetizirajo iz CO, H O (anorganske molekule) pod vplivom sončne energije - glukoze (organske molekule) in O. So prvi člen v prehranjevalni verigi in so na 1. trofičnem nivoju.
Getrotrofi - to so organizmi, ki ne morejo zgraditi lastnega telesa iz anorganskih spojin, ampak so prisiljeni uporabiti tisto, kar so ustvarili avtotrofi, tako da jih zaužijejo.
Sem spadajo potrošniki in detritofagi. So na II in višji trofični ravni. Ljudje smo tudi heterotrofi.
Vernadskemu pripada ideja, da je možna preobrazba človeške družbe iz heterotrofne in avtotrofne. Zaradi svojih bioloških značilnosti se človek ne more premakniti v avtotrofijo, vendar je družba kot celota sposobna izvajati avtotrofni način pridelave hrane, t.j. zamenjava naravnih spojin (beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati) z organskimi spojinami, sintetiziranimi iz anorganskih molekul ali atomov.
To je niz prehranjevalnih verig skupnosti, ki so med seboj povezane s skupnimi prehranjevalnimi povezavami.
zelje ^ gosenica ^ sinica ^ jastreb ^ človek
Na primer: korenček ^ zajček ^ volk
Vrste s široko paleto hrane se lahko vključijo v prehranjevalne verige na različnih trofičnih ravneh. Samo proizvajalci vedno zasedajo prvo trofično raven. S pomočjo sončne energije in biogenov tvorijo organsko snov, ki vsebuje energijo v obliki energije kemične vezi. To organsko snov ali biomaso proizvajalcev porabijo organizmi druge trofične ravni. Vendar organizmi naslednje stopnje ne zaužijejo vse biomase prejšnje ravni, ker
da bi izginili viri za razvoj ekosistema. Pri prehodu z ene trofične ravni na drugo se snov in energija preoblikujeta. Na vsaki trofični ravni pašne prehranjevalne verige ne gre vsa zaužita biomasa v tvorbo biomase organizmov te ravni. Pomemben del tega se porabi za zagotavljanje vitalne aktivnosti organizmov: dihanje, gibanje, razmnoževanje, vzdrževanje telesne temperature itd. Poleg tega se vsa zaužita biomasa ne prebavi. Vstopi njen neprebavljeni del v obliki iztrebkov okolje. Odstotek prebavljivosti je odvisen od sestave hrane in bioloških značilnosti organizmov, giblje se od 12 do 75%. Glavni del asimilirane biomase se porabi za vzdrževanje vitalne aktivnosti organizmov, le sorazmerno majhen del pa se uporablja za izgradnjo in rast telesa. Povedano drugače, večina snovi in energije se izgubi pri prehodu iz ene trofične ravni v drugo, saj le tisti del, ki je bil vključen v biomaso prejšnje trofične ravni, pride do naslednjega porabnika. Po izračunih je bilo ugotovljeno, da se v povprečju izgubi približno 90 %, na vsaki stopnji prehranjevalne verige pa se prenese le 10 % snovi in energije. Na primer:
Proizvajalci ^ potrošniki I ^ potrošniki II ^ potrošniki III
1000 kJ ^ 100 kJ ^ 10 kJ ^ 1 kJ Ta vzorec je bil oblikovan kot "zakon 10%". Pravi, da se pri prehodu iz enega člena v drugega v prehranjevalni verigi pašnikov prenese le 10 % snovi in energije, preostanek pa porabi prejšnja trofična raven za vzdrževanje življenja. Če količino snovi ali energije na vsaki trofični ravni narišemo kot diagram in postavimo eno nad drugo, dobimo ekološko piramido biomase oziroma energije (slika 13). Ta vzorec se imenuje "pravilo ekološke piramide". Tudi število organizmov na trofičnih ravneh upošteva to pravilo, zato lahko zgradite ekološko piramido številk (slika 13).
Fant 1 tele 4.5 Alfalfa 2107
energijska piramida
Tako se zaloge snovi in energije, ki jih rastline naberejo v prehranjevalnih verigah pašnikov, hitro porabijo (pojejo), zato prehranjevalne verige ne morejo biti dolge. Običajno vključujejo 4-5 povezav, vendar ne več kot 10. Na vsaki trofični ravni pašne prehranjevalne verige se tvorijo odmrle organske snovi in iztrebki - detritus, iz katerega se začnejo detritne verige ali razkrojne verige. V kopenskih ekosistemih proces razgradnje detritusa vključuje tri stopnje:
Faza mehanskega uničenja in delne preobrazbe v saharide. Je zelo kratek - 3-4 leta. Izvajajo ga razkrojevalci prvega reda - makrobiota (črvi, ličinke žuželk, sesalci, ki kopljejo itd.). V tej fazi praktično ni izgube energije.
Faza uničenja detritusa do huminskih kislin. Traja 10-15 let in je še vedno slabo razumljena. Izvajajo ga reduktorji drugega reda - mezobiota (glive, protozoji, mikro-
organizmi, večji od 0,1 mm). Huminske kisline so humusna, dotrajana organska snov, zato se ob tvorbi del kemičnih vezi pretrga in se sprosti toplotna energija, ki se razprši v vesolju.
3. Faza uničenja huminskih kislin v anorganske snovi - biogeni. Teče zelo počasi, predvsem v našem zmernem pasu (sto in tisoč let) in še ni praktično raziskana. Izvajajo ga reduktorji III reda - mikrobiota (mikroorganizmi manj kot 0,1 mm). Ko se huminske kisline uničijo, se porušijo vse kemične vezi in sprosti se velika količina toplotne energije, ki se izgubi v vesolju. Biogeni, ki nastanejo kot posledica tega procesa, ne vsebujejo energije, nato jih proizvajalci absorbirajo in so ponovno vključeni v kroženje snovi.
Kot je razvidno iz zgornjega, obstaja zamik življenja na ravni razkrojevalcev, vendar to ne bi smelo biti tako. V tleh je zaloga huminskih kislin, ki so nastale že zelo dolgo nazaj, zato ni zastoja v življenju. V različnih ekosistemih je hitrost uničenja huminskih kislin različna. Če je manjša od stopnje njihovega nastajanja, se rodovitnost tal poveča, če obratno, se zmanjša. Zato je v zmernem pasu po uničenju biogeocenoze možna dolgotrajna uporaba rodovitnosti tal. V tropih je rodovitnost tal dovolj za 2-3 leta, nato pa se spremeni v puščavo. Tu je uničenje huminskih kislin hitro. To olajšajo visoka temperatura, vlaga in prezračevanje. V zmernem pasu tla vsebujejo do 55% ogljika, v tropih pa le do 25%. Zato ne morete posekati deževnih gozdov, da bi preprečili dezertifikacijo planeta.
Tako je tok energije, ki vstopa v ekosistem, tako rekoč razdeljen na dva glavna kanala - pašnik in detrital. Na koncu vsakega od njih se energija nepreklicno izgubi, saj rastline med fotosintezo ne morejo izkoristiti toplotne dolgovalovne energije.
Razmerje med količino energije, ki prehaja skozi pašne in detritne verige, je v različnih vrstah ekosistemov različno. Izgubo energije v prehranjevalnih verigah je mogoče nadomestiti le z dobavo novih porcij. To se naredi z asimilacijo sončne energije s strani rastlin. Zato v ekosistemu ne more obstajati energijski cikel, podoben ciklu snovi. Ekosistem deluje le zaradi usmerjenega toka energije – njene stalne oskrbe v obliki sončnega sevanja ali v obliki že pripravljene organske snovi.
