на каком трофическом уровне располагаются гетеротрофные растения
Биология. 10 класс
§ 45. Цепи и сети питания. Трофические уровни
Понятие о цепях питания. Трофические уровни
Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превращения энергии. Наиболее полный круговорот веществ происходит в наземных экосистемах — биогеоценозах. Он обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) связям между организмами разных видов, относящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из минеральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консументам и претерпевают химические превращения. В результате жизнедеятельности редуцентов происходит разрушение органических веществ, входящих в состав отмерших организмов, до неорганических (СО2, NH3, H2S, H2O). Затем неорганические вещества используются продуцентами для создания новых органических веществ, которые с помощью консументов снова вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не использовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безграничны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в экосистеме должны быть в наличии все три функциональные группы организмов. И между ними должно происходить постоянное взаимодействие в виде трофических связей с образованием трофических (пищевых) цепей, или цепей питания.
Цепь питания (пищевая цепь) — последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену). При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности.
Каждый организм в цепи питания относится к определенному трофическому уровню. Трофический уровень — это совокупность организмов, занимающих одинаковое положение в пищевой цепи относительно ее начала.
Трофические уровни принято нумеровать римскими цифрами. Первый трофический уровень составляют автотрофные организмы — растения (продуценты), ко второму трофическому уровню относятся растительноядные животные (консументы I порядка), к третьему и последующим уровням — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков).
ТРОФИ́ЧЕСКИЙ У́РОВЕНЬ
Том 32. Москва, 2016, стр. 436-437
Скопировать библиографическую ссылку:
ТРОФИ́ЧЕСКИЙ У́РОВЕНЬ, совокупность организмов, объединяемых типом питания. Представление о Т. у. позволяет понять динамику потока энергии и определяющую его трофич. структуру. Автотрофные организмы (преим. зелёные растения) занимают первый Т. у. (продуценты), растительноядные животные – второй (консументы первого порядка), хищники, питающиеся растительноядными животными, – третий (консументы второго порядка), вторичные хищники – четвёртый (консументы третьего порядка). Организмы разных трофи ческих цепей, но получающие пищу через равное число звеньев в трофич. цепи находятся на одном Т. у. Так, питающиеся листьями люцерны корова и жук долгоносик рода ситона являются консументами первого порядка. Реальные взаимоотношения между Т. у. в сообществе очень сложны. Популяции одного и того же вида, участвуя в разл. трофич. цепях, могут находиться на разных Т. у., в зависимости от источника используемой энергии. На каждом Т. у. потреблённая пища ассимилируется не полностью, т. к. значит. часть её тратится на обмен веществ. Поэтому продукция организмов каждого последующего Т. у. всегда меньше продукции предыдущего Т. у. в среднем в 10 раз. Относит. количество энергии, передающейся от одного Т. у. к другому, называется экологической эффективностью сообщества или эффективностью трофич. цепи. Соотношение различных Т. у. (трофич. структуру) можно изобразить графически в виде экологической пирамид ы, основанием которой служит первый уровень (уровень продуцентов). Экологич. пирамида может быть трёх типов: 1) пирамида чисел – отражает численность отд. организмов на каждом уровне; 2) пирамида биомассы – общая сухая масса, энергосодержание или др. мера общего количества живого вещества; 3) пирамида энергии – величина потока энергии. Основание в пирамидах чисел и биомассы может быть меньше, чем последующие уровни (в зависимости от соотношения размеров продуцентов и консументов). Пирамида энергии всегда суживается кверху. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается уменьшением биомассы и численности особей на каждом трофич. уровне.
Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты
Содержание:
Содержание:
Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты и их роль
Экосистема (или биогеоценоз) – это открытая, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся биологическая система, состоящая из взаимодействующих между собой организмов живой природы (биоценоз) и окружающей их неживой среды (биотоп). Озеро, степь, лес, болото – типичные примеры природных экосистем.
ЭКОСИСТЕМА = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП
Термин «экосистема» был предложен ботаником А. Тенсли в 1935 году. Он считал, что любая совокупность живых организмов, как органического компонента, и неживой природы, как неорганического компонента, формирует экосистему. Для А. Тенсли органика и неорганика в экосистеме равноценные части, которые нельзя исключать.
Классификация экосистем
По происхождению все экосистемы делят на природные (естественные), антропогенные (искусственные) и социоприродные (смешанные).
По источнику получаемой энергии экосистемы делятся на автотрофные и гетеротрофные.
В экосистеме выделяют два основных компонента:
Биотический компонент подразделяется на автотрофный и гетеротрофный:
— автотрофный – это организмы, называемые продуцентами, которые сами производят органическое вещество из простых неорганических веществ с использованием энергии солнечного света (фотоавтотрофы) или энергии, выделяющейся при химических реакциях (хемоавтотрофы). К группе автотрофных организмов принадлежат все зеленые растения и некоторые представители бактерий, способные фотосинтезировать. Простыми неорганическими веществами для фотоавтотрофов служат углекислый газ и вода. В процессе жизнедеятельности они образуют на свету органические вещества – углеводы или сахара. Кислород выделяется как побочный продукт:
Хемоавтотрофы используют энергию химических связей. Типичными представителями являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммиак сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты:
Выделившаяся при этих реакциях химическая энергия (Q) используется бактериями для образования органических веществ в процессе восстановления углекислого газа до углеводов.
— гетеротрофный – это организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества. Сами они не могут производить органические соединения, поэтому получают их в готовом виде. К гетеротрофам принадлежат консументы и редуценты.
Консументы – это гетеротрофные организмы, потребляющие готовое органическое вещество, созданное продуцентами, и использующие его как источник энергии и питательного материала. Все животные, некоторые микроорганизмы и паразитические растения являются консументами. Консументы делятся на фаготрофов, питающихся животными и растительными организмами, и сапротрофов, питающихся мертвыми остатками.
Классификация консументов:
Редуценты, или деструкторы – это микроорганизмы (бактерии, грибы), которые разлагают все растительные и животные остатки до простых неорганических соединений.
К абиотическим факторам относятся влияния неживой природы: свет, температура, влажность.
Видовая и пространственная структуры экосистемы
При рассмотрении любых экосистем в горизонтальном и вертикальном направлении, можно отметить неоднородность расположения в них живых организмов.
Видовая структура экосистемы – это многообразие видов, их взаимодействие и соотношение численности. Различные сообщества, состоящие из разных видов, образуют видовое разнообразие экосистемы. Например, в степи на площади 100 м 2 произрастают растения, принадлежащие к 100 разным видам.
Видовая структура экосистемы определяется также и соотношением численности особей разных видов в экосистеме. Например, в одном лесу могут обитать около 10 видов птиц по 100 особей каждого вида. В другом лесу то же количество видов включает неоднородное соотношение особей каждого вида: особи одних видов по численности могут превосходить другие виды, и наоборот. Виды, в популяции которых содержится наибольшее количество особей, называются доминантами. Например, в степях доминантами являются ковыль и типчак, так как именно представители этих видов преобладают в экосистеме по численности. Доминанты определяют структуру экосистемы и, как правило, не имеют врагов, что дает им заметное преимущество к процветанию.
Эдификатор — основной образователь среды. Обычно доминирующий вид является и эдификатором. Например, сосна в сосновом бору считается как доминантом, так и эдификатором. Во-первых, по биомассе сосна значительно превосходит остальные организмы данной экосистемы, а во-вторых, она создает условия для существования “соседей”, затеняя нижние ярусы, окисляя почву.
Пространственная структура экосистемы – это расположение популяций разных видов в экосистеме. Пространственная структура экосистемы бывает вертикальной и горизонтальной. Растительность определяет главным образом вертикальную структуру экосистемы. Совокупность растений одинаковой высоты формирует ярусы. Выделяют около пяти ярусов, образованных разными жизненными формами растений: древесный (верхний и нижний), кустарниковый, кустарниково-травяной, мхово-лишайниковый. Высокие деревья (сосна, ель, дуб, береза) составляют верхний (первый) ярус. Далее располагаются деревья пониже (рябина, осина, черемуха, яблоня), образующие второй ярус. Затем идут кустарники (шиповник, жимолость, крушина, ежевика), формирующие третий ярус. Мхи, низкорослые травы и лишайники создают самый нижний ярус.
Ярусное расположение растительности определяется, прежде всего, их неодинаковой потребностью в солнечном свете: верхний ярус занимают светолюбивые растения, под пологом которых прячутся теневыносливые.
Животные также могут занимать тот или иной растительный ярус, практически не покидая его.
Ярусность бывает не только надземная, но и подземная. Почвенную ярусность определяет характер залегания корневой системы различных растений. Корни наиболее высоких деревьев проникают на большую глубину, чем корни кустарников, ближе к поверхности располагаются корни мелких травянистых растений, а непосредственно на ней — мхи. При этом, в поверхностных слоях почвы корней значительно больше, чем в глубинных.
Горизонтальная структура экосистемы (мозаичность) – это неравномерное распределение популяций отдельных видов по площади. Мозаичность возникает вследствие неоднородности рельефа почвы, а также может быть результатом деятельности человека (например, кострища, выборочная рубка). Животные тоже оказывают влияние на горизонтальную структуру экосистемы (вытаптывание копытными травостоя, образование муравейников).
Вертикальная и горизонтальная структуры экосистемы позволяют организмам наиболее эффективно использовать световой поток, минеральные вещества почвы и влагу.
Трофические уровни. Цепи и сети питания, их звенья
Трофический (пищевой) уровень — комплекс организмов с одинаковым типом питания, занимающих определенное положение в пищевой цепи.
Классификация трофических уровней:
Особи одного вида могут занимать несколько трофических уровней в зависимости от источников пищи (например, белый медведь, потребляя ягоды, считается консументом I порядка, но, поедая грызуна, становится консументом II порядка).
Заключенная в одних организмах энергия потребляется другими организмами в процессе круговорота веществ. Перенос энергии и пищи от ее источника — автотрофов (продуцентов) через ряд организмов происходит по пищевой цепи, путем поедания одних организмов другими. Пищевая цепь — это ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Число звеньев в ней может быть различным, но обычно их бывает 3 — 5.
Пищевые цепи подразделяются на:
Пастбищные пищевые цепи – это цепи выедания. Основным источником пищи здесь являются зеленые растения (продуценты).
Детритные пищевые цепи – это цепи разложения, где в качестве главного источника пищи используются отмершие останки. Органические останки, или детрит, формируют начало детритных пищевых цепей.
Значение пищевой цепи:
Пищевые цепи не изолированы друг от друга. Они взаимодействуют между собой, формируя пищевые сети. Пищевая сеть – это условное образное обозначение трофических взаимоотношений продуцентов, консументов и редуцентов в сообществе. Оценивая схемы пищевых цепей, можно отметить, что каждый организм питается только каким-то определенным организмом. На самом деле, это не всегда так. Как правило, живые организмы могут использовать в качестве источника пищи организмы из разных популяций. Даже организмы из смежных пищевых цепей могут выступать для них компонентом питания. Таким образом, возможно переплетение пищевых цепей с образованием пищевых сетей.
Правила экологической пирамиды
На каждом последующем уровне продукция примерно в 10 раз меньше предыдущего. Это правило экологических пирамид в 1927 году объявил зоолог Чарлз Элтон для отображения экологической структуры. Структурой для построения экологических пирамид служат пищевые цепи. Чарлз Элтон разработал графическую модель в форме пирамиды, основание которой занимают продуценты. Объем каждого верхнего этажа по сравнению с предыдущим уменьшается. Над уровнем продуцентов залегает уровень консументов I порядка. Выше находятся консументы остальных порядков.
Позже эколог Р. Линдеман в 1942 году вывел правило 10%: на каждый следующий более высокий трофический уровень переходит около 10% энергии предыдущего уровня. 90% энергии при переносе ее от звена к звену рассеивается в виде тепла. Поэтому, в связи с колоссальной потерей энергии, количество трофических уровней ограничено и не превышает четырех-пяти звеньев. Чем дальше от начала располагаются звенья цепи, тем меньше энергии достается следующим трофическим уровням.
Энергия (C) тратится на разнообразные процессы жизнедеятельности организмов. Часть идет на построение клеток, а именно на прирост (P). Часть расходуется на прохождение энергетического обмена (R) и на процесс дыхания (i). Некоторая часть энергии выводится из организма в качестве неусвояемых продуктов жизнедеятельности (F). Следовательно, общее количество энергии будет складываться из отдельных составляющих:
Очевидно, что не все слагаемые будут переходить на следующий трофический уровень. Например, энергия, затраченная на дыхание, уходит из экосистемы. Таким образом, каждый последующий уровень всегда будет получать меньше энергии, чем первоначально содержится в предыдущем.
Правило 10% (принцип Линдемана) – основной закон пирамиды энергии.
Типы экологических пирамид:
Экологическая пирамида может быть перевернута основанием вверх, то есть предыдущие уровни могут иметь меньшую плотность и биомассу, чем последующие. Основным фактором для этого служит высокая скорость воспроизводства популяции жертвы. Например, множество насекомых, обитающих на одном дереве.
Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания)
Схемы цепей питания позволяют нам получить полную информацию о кормовой структуре биогеоценоза. В отличие от обычного бессвязного перечисления видов той или иной экосистемы, схемы передачи веществ и энергии дают возможность проследить взаимоотношения между видами разных популяций, построенных на принципе «пища-потребитель».
Поскольку вещество и энергия постоянно перемещаются, важно также знать направление этого потока.
Типичная трофическая цепь записывается линейно. В зависимости от типа пищевой цепи, определяют организм, расположенный в начале. Если целью служит запись пастбищной пищевой цепи, то сначала записывают продуцента (любое растение, способное к фотосинтезу). За продуцентом следуют консументы всех возможных порядков. Между организмами, записанными в строку, рисуют стрелки. Направление стрелок позволяет понять, в какую сторону движется энергия и вещество. Например, трава → кузнечик → мышь → куница → орел. Трава, являясь продуцентом, служит пищей для кузнечиков (консументы первого порядка), которые, в свою очередь, становятся пищей для мышей (консументы второго порядка). Мышами питаются куницы (консументы третьего порядка), а куниц поедают орлы (консументы четвертого порядка). Стрелки показывают направление движения веществ и энергии от травы к орлам.
В детритной пищевой цепи место продуцента занимает детрит — мертвое органическое вещество, которое потребляют консументы первого порядка. Например, мертвое животное → муха → лягушка → змея.
Как правило, при выполнении заданий, перечисляется только список видов, обитающих в экосистеме, а пищевые взаимоотношения между ними приходится определять самому. Сделать это просто. Сначала нужно проанализировать способ питания организмов. При наличии в списке продуцента, именно он выделяется в первую очередь. Обычно, продуцентами в пищевых цепях являются зеленые растения.
Далее выбирается гетеротрофный организм, питающийся растительной пищей, или фитофаг. Затем, хищное животное, поедающее фитофагов и т.д.
Если в предложенном списке организмов отсутствует продуцент, тогда выбирается детрит. В остальном система составления пищевых цепей одинакова.
Трофический уровень – определение и примеры
Определение трофического уровня
Трофический уровень – это группа организмов в пределах экосистема которые занимают один и тот же уровень в пищевой цепи. В пищевой цепи существует пять основных трофических уровней, каждый из которых отличается по своим питательным отношениям с основным источником энергии. Основным источником энергии в любой экосистеме является Солнце (хотя в глубоководных экосистемах есть исключения).
Солнечное излучение Солнца обеспечивает ввод энергии, которая используется первичными производителями, также известными как автотрофы. Основными производителями обычно являются растения и водоросли, которые выполняют фотосинтез для того, чтобы изготовить собственный источник пищи. Первичные производители составляют первый трофический уровень.
Остальные трофические уровни состоят из потребителей, также известных как гетеротрофы; гетеротрофы не могут производить свою собственную пищу, поэтому должны потреблять другие организмы, чтобы получить пищу.
Второй трофический уровень состоит из травоядных, эти организмы получают энергию, потребляя первичных продуцентов и называются первичными потребителями.
Трофические уровни три, четыре и пять состоят из плотоядных и всеядных. Плотоядные животные – это животные, которые выживают только благодаря еду других животных, тогда как всеядные животные едят животных и растение материал.
Трофический уровень три состоит из хищников и всеядных, которые питаются травоядными; это вторичные потребители.
Четвертый трофический уровень содержит хищников и всеядных, которые питаются вторичными потребителями и известны как третичные потребители.
Трофический пятый уровень состоит из вершинных хищников; Эти животные не имеют естественных хищников и поэтому находятся на вершине пищевой цепи.
Благодаря тому, что энергия используется при ее передаче между уровнями, общая биомасса организмов на каждом трофическом уровне уменьшается снизу вверх. Только около 10% потребляемой энергии превращается в биомассу, тогда как остальная часть теряется в виде тепла, а также для движения и других биологических функций. Из-за этой постепенной потери энергии биомасса каждого трофического уровня часто рассматривается как пирамида, называемая трофической пирамидой.
Важно отметить, что организмы на трофических уровнях естественных экосистем, как правило, не образуют однородную цепь и что многие животные могут иметь несколько жертв и множество хищников; поэтому нелинейные взаимодействия трофических уровней лучше всего рассматривать как пищевую сеть, а не как пищевую цепь. Однако нарушение в пределах одного из трофических уровней, например, вымирание хищника, или введение нового вид, может иметь радикальный эффект как на нижних, так и на высоких трофических уровнях.
Примеры Трофического Уровня
Основные производители
Первичные производители, или «автотрофы», – это организмы, которые производят биомассу из неорганических соединений. Как правило, это фотосинтезирующие организмы, такие как растения или водоросли, которые преобразуют энергию солнца, используя углекислый газ и воду, в глюкозу. Затем эта глюкоза накапливается в растении в виде энергии и кислорода, который выделяется в атмосферу.
В наземных экосистемах почти вся первичная продукция происходит от сосудистых растений, таких как деревья, папоротники и цветущие растения. В морских экосистемах водоросли и водоросли играют роль первичной продукции.
Есть также некоторые глубоководные первичные продуценты, которые выполняют окисление химических неорганических соединений вместо использования фотосинтеза; Эти организмы называются «хемоавтотрофами».
Основные потребители
Основными потребителями являются травоядные, то есть животные, которые приспособлены к потреблению и перевариванию растений и водорослей (автотрофы). Травоядные обычно делятся на две категории: травоядные, такие как коровы, овцы и кролики, рационы которых составляют не менее 90% травы, и броузеры, такие как олени и козы, рационы которых составляют не менее 90% листьев или веток деревьев.
Первичные потребители также могут потреблять другие виды растительного материала. Многие летучие мыши, птицы и обезьяны едят фрукты (фрукты); птицы, насекомые, летучие мыши и паукообразные (пауки) питаются нектаром (нектарными животными); а термиты и жуки едят дрова (ксилофаги).
В морских экосистемах основными потребителями являются зоопланктон крошечные ракообразные, которые питаются фотосинтезирующими водорослями, известными как фитопланктон.
Вторичные потребители
Вторичные потребители на трофическом уровне три – плотоядные и всеядные, которые получают по меньшей мере часть своих питательных веществ из ткань травоядных. Это включает животных и плотоядных растений, которые питаются травоядными насекомыми (насекомоядными).
Вторичными потребителями обычно являются мелкие животные, рыбы и птицы, такие как лягушки, ласки и змеи, хотя более крупные хищники, такие как львы и орлы, могут потреблять травоядных животных и также могут существовать на втором трофическом уровне экосистемы.
В морских экосистемах все виды, которые потребляют зоопланктон, являются вторичными потребителями; это колеблется от медузы до мелкой рыбы, такой как сардины и более крупные ракообразные, такие как крабы и омары, а также киты, которые фильтруют корм и греются акулы.
Третичные потребители
Третичные потребители приобретают энергию, поедая других плотоядных, но на них можно охотиться. Совы являются примером третичных потребителей; хотя они питаются мышами и другими травоядными, они также едят вторичных потребителей, таких как гормоны. В свою очередь, на совы могут охотиться орлы и ястребы, и поэтому они не являются хищниками вершины.
Апекс Хищники
Хищники вершины – организмы наверху пищевой цепи, и у которых нет никаких естественных хищников. Орлы, волки, крупные кошки, такие как львы, ягуары и гепарды, и морские животные, такие как акулы, тунец, косатки и дельфины, являются примерами вершинных хищников, хотя их гораздо больше. У хищников вершины часто есть определенные приспособления, которые делают их очень эффективными охотниками, такими как острый зубы и когти, скорость, ловкость и скрытность; иногда они работают в группах, увеличивая успех их охотничьих способностей. Однако, не все хищники вершины – злые охотники. Китовые акулы являются крупными кормушками, потребляя только мелкую рыбу и планктон, хотя, поскольку у них нет естественных хищников, они являются главными хищниками в своей среде.
Хищники вершины играют чрезвычайно важную роль в экосистеме; через хищничество они контролируют популяции нижних трофических уровней. Если хищники вершины удалены из экосистемы, организмы, такие как пасущиеся травоядные животные, могут перенаселяться, что приводит к интенсивному выпасу и давлению на растения в среде обитания. Если имеется меньше доступных растительных ресурсов, пострадают другие организмы, которые зависят от растений (хотя на хищника вершины не охотятся), такие как насекомые и мелкие млекопитающие. Население снижается, и, в свою очередь, может повлиять на все трофические уровни в экосистеме. Это нарушение называется нисходящим трофическим каскадом и может привести к коллапсу экосистемы.
Проверьте свои знания
1. Приблизительно сколько энергии, потребляемой на каждом трофическом уровне, преобразуется в биомассу?A. 10%B. 30%C. 50%D. 100%
Ответ на вопрос № 1
верно. Только около 10% энергии, потребляемой на каждом трофическом уровне, преобразуется в биомассу; остальное теряется в виде тепла и используется для выполнения биологических функций.
2. А основной потребитель съедает:A. ТравоядныеB. ПлотоядныеC. Растительный материалD. насекомые
Ответ на вопрос № 2
С верно. Основными потребителями являются травоядные; они берут все свое питание от первичных производителей (растительный материал)
3. Сине-зеленые водоросли являются примером:A. автотрофного B. гетеротроф C. Chemoautotroph D. редуцент
Ответ на вопрос № 3
верно. Первичные производители, которые получают энергию от солнца, также известны как «автотрофы». Водоросли существуют в качестве основных производителей в морских экосистемах.
4. Что из перечисленного НЕ является хищником вершины?A. тунецB. леопардC. ястребD. буйвол
Ответ на вопрос № 3
D верно. Буффало – травоядные; они находятся у основных потребителей на втором трофическом уровне пищевой цепи.