§ 61. Природные экосистемы

Вопрос. Рассмотрите рис. 268, 270. Из каких компонентов состоят изображённые на рисунках природные экосистемы? Какие организмы являются в них продуцентами, консументами и редуцентами?

Ответ. Экосистема озера представляет собой совокупность различных факторов: абиотические – вода, растворенные в ней минеральные вещества, температура, количество кислорода, глубина. Продуценты – водоросли, камыш. Консументы – птицы, рыбы, насекомые. Редуценты – моллюски, ракообразные, бактерии.

В смешанном лесу системообразующим фактором являются деревья, с деятельностью которых связана жизнь остальных компонентов экосистемы. Главные абиотические факторы – почва, температура, влажность. Продуценты – деревья, консументы – насекомые, птицы, млекопитающие. Редуценты – ракообразные, черви, бактерии.

Вопрос 1. Из каких компонентов состоит экосистема озера? Почему биомасса продуцентов в ней меньше, чем биомасса консументов? Ответ поясните.

Ответ. Абиотическая среда озера представлена водой, растворёнными в ней минеральными веществами, кислородом и углекислым газом. К этой среде также можно отнести температуру, свет, давление, которые оказывают существенное влияние на жизнь водных обитателей. Гидроценоз озера составляют разнообразные организмы, живущие как в толще воды, так и на её поверхности и у дна. Продуценты – фитопланктон, водоросли, гидатофиты. Консументы – рыбы, моллюски, ракообразные. Редуценты – черви, бактерии. Производным живого и неживого компонента экосистемы озера является грунт, в состав которого, помимо неорганических соединений, входят органические остатки отмерших растений и погибших животных.

Пирамиды биомасс для озера выглядят так: биомасса животных обычно больше биомассы растений. Эта «неправильность» обусловлена тем, что пирамидами биомасс не учитываются продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях и скорость образования и выедания биомассы. Главным продуцентом озера является фитопланктон, имеющий большой репродуктивный потенциал и быструю смену поколений. В озере за год может несколько поколений фитопланктона. За то время, пока консументы накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых намного больше. Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем водоемов являются пирамиды скоростей образования живого вещества, продуктивности. Их обычно называют пирамидами энергий, имея в виду энергетическое выражение продукции, хотя правильнее было бы говорить о мощности.

Вопрос 2. Какой фактор абиотической среды в наибольшей степени влияет на жизнь экосистемы озера? Каково его значение для жизни экосистемы?

Ответ. Основной источник энергии для экосистемы озера – солнечный свет (световая и тепловая энергия). Он проникает сквозь толщу воды и используется главными продуцентами озера – одноклеточными водорослями и цианобактериями, составляющими фитопланктон. Они производя органическое вещество в процессе фотосинтеза, которое в дальнейшем перераспределяется между консументами и редуцентами.

Солнечная энергия оказывает влияние на температуру воды.

Благодаря тому что при +4 °С вода имеет наибольшую плотность, в озере в разное время года наблюдается её расслоение по вертикали. Так, вода с температурой ниже +4 °С обладает более низкой плотностью, поэтому зимой поднимается вверх и замерзает, покрывая озеро слоем льда, что предотвращает полное промерзание. Весной солнце растапливает лёд и нагревает поверхностные слои воды, которые с приближением их температуры к +4 °С погружаются вниз, заставляя лежащую под ними более холодную воду подниматься вверх. Этому способствуют ветер и волны. Осенью происходит обратное явление: первыми охлаждаются поверхностные слои, которые перемещаются вниз и вытесняют наверх более тёплую воду. Такое весеннее и осеннее перемешивание воды обеспечивает вынос к поверхности озера питательных веществ, богатых донными отложениями, и обитающий у поверхности зоопланктон может свободно использовать их в пищу.

В свою очередь вода, перемещающаяся из поверхностных слоёв в придонные, приносит организмам – редуцентам и другим обитателям дна озера необходимый для дыхания кислород.

Вопрос 3. Перечислите организмы, входящие в состав фитопланктона, зоопланктона и бентоса экосистемы озера. Какова их роль в жизни экосистемы озера?

Ответ. Фитопланктон (от греч. Phyton – растение и planktos – блуждающий). Это одноклеточные водоросли – хлорелла, хламидомонада и др. Биомасса фитопланктона невелика – всего несколько миллиграмм на 1 м3 воды, но он обладает высокой продуктивностью. Фитопланктон обеспечивает существование в озере консументов первого порядка – простейших, мелких рачков (дафний, циклопов), образующих зоопланктон (от греч. zoon— животное и planktos – блуждающий). Зоопланктоном питаются более крупные животные – черви – планарии, водные членистоногие и мальки рыб – консументы второго порядка.

На дне озера, где меньше кислорода и недостаточно света для фотосинтеза, главным источником энергии служат отмершие растения и погибшие животные, т. е. детрит. В состав организмов – обитателей дна, называемых бентосом (от греч. Benthos – глубина), входят животные, питающиеся детритом – речные раки, черви-трубочники, бактерии-сапротрофы, – выполняющие в экосистеме озера роль редуцентов.

Вопрос 4. Используя рис. 268, составьте из организмов экосистемы озера две-три пастбищные и детритные цепи.

Ответ.

Пастбищные:

• Фитопланктон – зоопланктон – карась – щука;

• Водоросли – плотва – чомга.

Детритные:

• Колониальные водоросли – рачок-циклоп – щука;

• Органические остатки – большой прудовик – жук-плавунец.

Вопрос 5. Какие факторы среды определяют жизнь экосистемы смешанного леса?

Ответ. Жизнь смешанного лева определяется факторами живой и неживой природы. К главным абиотическим факторам относятся климатические (свет, температура, влажность, направление ветра и т. д.), почвенные, орографические (рельеф), химические (газовый состав атмосферы, солевой состав почвы), физические (шум, магнитное поле, излучение)..А также связанные с ними сезонность, фотопериод. Важнейшая роль в экосистеме смешанного леса принадлежит древесным растениям. Они создают особый световой и температурный режим, формируют лесную подстилку, служат прибежищем и пищей для многих животных, грибов и микроорганизмов.

Вопрос 6. Какие организмы преобладают по биомассе в экосистеме смешанного леса? К какой функциональной группе они принадлежат? Каково их значение?

Ответ. По биомассе в смешанном лесу преобладают различные виды деревьев: ель, сосна, берёза, осина, дуб, рябина, клён. Используя солнечный свет в процессе фотосинтеза, они создают первичное органическое вещество, т. е. являются продуцентами экосистемы. Их листвой, хвоей, древесиной, семенами и плодами питаются консументы первого порядка – различные насекомые (гусеницы бабочек, жуки-листоеды и короеды, личинки жуков усачей), растительноядные птицы (глухарь, рябчик, тетерев) и некоторые звери (белка, лесная мышь, кабан, лось). Насекомых и их личинок поедают встречающиеся в смешанном лесу земноводные (бурая лягушка, серая жаба), насекомоядные птицы (дрозд, дятел, кукушка, синица) и звери (землеройка, ёж), являющиеся консументами второго порядка. Ими, в свою очередь, питаются хищники: ястреб-тетеревятник и куница – консументы третьего порядка.

Вопрос 7. Какова роль лесной подстилки для жизни экосистемы смешанного леса? Перечислите виды организмов, обитающих в лесной подстилке. Каково их значение?

Ответ. Особое место в экосистеме смешанного леса занимает лесная подстилка. В ней постоянно или временно обитают различные животные-детритофаги (дождевые черви, многоножки, клещи, мокрицы, личинки жуков-жужелиц и др.), поедающие органические остатки, а также плесневые грибы и гнилостные бактерии, выполняющие роль редуцентов. Население лесной подстилки особенно многочисленно в тех местах, где почва богата гумусом (от лат. humus – земля, почва) – перегноем, состоящим из тёмноокрашенных частиц, содержащих органические вещества.

Поскольку растительный опад образуется осенью, когда температура воздуха и почвы понижается, то его разложение замедляется и он формирует надпочвенную подстилку из листьев, которая служит защитой для впадающих в зимнюю спячку животных, например ежей, личинок насекомых, лягушек, ящериц и змей. Весной с повышением температуры воздуха и почвы численность почвенных организмов увеличивается, и они начинают активно перерабатывать растительный опад, превращая его в доступные для растений минеральные вещества.

Вопрос 8. Используя рис. 270, составьте из организмов экосистемы смешанного леса две-три пастбищные и детритные цепи.

Ответ. Пастбищные:

• Хвоя ели–гусеница бабочки–пяденицы–синица–ястреб;

• Желудь дуба–белка–ястреб.

Детритные:

• Опад дуба–дождевой червь–многоножка–дрозд–ястреб;

• Кора ели–короед–дятел–ястреб.