Подробное решение параграф § 46 по биологии для учащихся 9 класса, авторов Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко 2011
Вспомните:
• Каковы причины устойчивости биоценоза?
Ответ. Экосистемы обладают устойчивостью, то есть способностью к длительному существованию. Устойчивость сообщества определяется рядом факторов. К ним относят разнообразие видов и число пищевых звеньев. Чем больше видов в сообществе, тем разнообразнее пищевые звенья, тем больше возможностей сохранения равновесия в экосистеме. Это объясняется тем, что при резком увеличении численности какого-либо вида у хищников изменяется характер питания, они начинают питаться преимущественно особями наиболее многочисленного вида жертвы и ограничивают его численность. Таким образом, в экосистеме устанавливается равновесие между соотношением численности особей разных видов. Чем меньше в сообществе видов с разнообразными способами питания, чем короче пищевые цепи, тем больше возможностей для разрушения сообщества, поскольку выпадение одного из звеньев в пищевой цепи может привести к исчезновению других звеньев.
Важный признак совершенства экосистем — степень замкнутости оборота веществ. Это означает, что необходимые организмам вещества включены в круговорот и используются многократно. Примерами экосистем с высокой степенью замкнутости оборота служат широколиственный лес, луговая степь. В экосистеме подушки лишайников степень замкнутости оборота незначительна, так как большая часть продуктов распада выносится за пределы лишайника — вымывается потоками дождя, осыпается со ствола, животные мигрируют в другие места обитания. К этому типу экосистем относятся и проточные водоемы: вынос веществ за пределы экосистемы настолько велик, что устойчивость поддерживается в основном за счет притока такого же количества веществ извне.
Один из признаков устойчивости экосистемы — тип внутреннего круговорота веществ, который определяется источниками и характером поступления веществ в экосистемы. По этому признаку все экосистемы делят на три группы: независимые — расположенные на водоразделах; зависимые — расположенные на склонах и подпитываемые веществами поверхностных и грунтовых вод, стекающих по склонам; подчиненные — расположенные в понижениях рельефа и использующие вещества, которые сюда относятся. И наконец, экосистема тем совершеннее, чем интенсивнее в ней скорость оборота веществ. Она велика в широколиственных лесах и степях, где благоприятное сочетание тепла и влаги обеспечивает высокую активность растений, животных и микроорганизмов. Здесь синтез органических веществ и распад органических остатков происходят быстро.
• В чем особенности взаимоотношений типа хищник – жертва?
Ответ. Взаимоотношения «хищник – жертва» представляют звенья процесса передачи вещества и энергии от фитофагов к зоофагам или от хищников низшего порядка к хищникам высшего порядка.
Как и при отношениях «растения – фитофаг», ситуации, при которой все жертвы будут съедены хищниками, что в конечном итоге приведет и к их гибели, в природе не наблюдается. Экологическое равновесие между хищниками и жертвами поддерживается специальными механизмами, исключающими полное истребление жертв. Так жертвы могут:
– убегать от хищника. В этом случае в результате адаптации повышается подвижность и жертв, и хищников, что особенно характерно для степных животных, которым негде прятаться от преследователей;
– приобретать защитную окраску («притворяться» листьями или сучками) или, напротив, яркий (например красный цвет, предупреждающий хищника о горьком вкусе. Общеизвестно изменение окраски зайца в разные времена года, что позволяет ему маскироваться летом в листве, а зимой – на фоне белого снега;
– распространяться группами, что делает их поиск и промысел для хищника более энергоемким;
– прятаться в укрытия;
– переходить к мерам активной обороны (травоядные, имеющие рога, колючие рыбы), иногда совместной (овцебыки могут занимать «круговую оборону» от волков и т.д.).
В свою очередь хищники развивают не только способность к быстрому преследованию жертв, но и обоняние, позволяющее по запаху определить место нахождения жертвы. Многие виды хищников разрывают норы своих жертв (лисы, волки).
В то же время сами они делают все возможное для того, чтобы не обнаружить своего присутствия. Этим объясняется чистоплотность мелких кошачьих, которые для устранения запаха много времени тратят на туалет и закапывают экскременты. Хищники имеют покровительственную окраску..
Полной защиты от хищников всех особей в популяциях животных жертв также не происходит, так как это привело бы не только к гибели голодающих хищников, но в конечном итоге – к катастрофе популяций жертв. В то же время при отсутствии или снижении плотности популяции хищников ухудшается генофонд популяции жертв (сохраняются больные и старые животные) и ввиду резкого увеличения их численности подрывается кормовая база.
Вопросы после §46
• В чем заключается отличие агроценоза от биоценоза?
Ответ. Биоценозы, которые возникают на землях сельскохозяйственного пользования, называют агроценозами. Они отличаются от природных сообществ, во-первых, пониженным разнообразием входящих в них видов и, во-вторых, пониженной способностью главного члена этих сообществ – культурных растений – противостоять конкурентам и вредителям. Культурные виды так сильно изменены селекцией в пользу человека, что без его поддержки не могут выдержать борьбу за существование.
Первое отличие состоит в разном направлении отбора. В природных экосистемах существует естественный отбор, отвергающий неконкурентоспособные виды и формы организмов и их сообществ в экосистеме и тем самым обеспечивающий ее основное свойство — устойчивость. В агроценозах действует преимущественно искусственный отбор, направленный человеком прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. По этой причине экологическая устойчивость агроценозов невелика. Они не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Поэтому без участия человека, его неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав — 3—4 года, плодовых культур — 20—30 лет. Затем они, распадаются или отмирают.
Второе отличие состоит в источнике используемой энергии. Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце, точнее свет от него. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительную энергию, которую затратил человек на производство удобрений, химических средств против сорняков, вредителей и болезней, на орошение или осушение земель и т. д. Без такой дополнительной затраты энергии длительное существование агроценозов практически невозможно.
Третье отличие сводится к тому, что в агроэкосистемах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади (иногда десятки тысяч гектаров) , часто является основной причиной их массового уничтожения специализированными насекомыми (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней (мучнисто-росяными, ржавчинными, головневыми грибами, фитофторой и др.).
Четвёртое отличие состоит в разном балансе питательных элементов. В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях (сетях) питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания.
В агроценозе такой круговорот элементов резко нарушается, поскольку значительную их часть человек изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения.
• Составьте схемы пищевых цепей, начинающихся с растений: картофеля, яблони.
Ответ. Картофель - колорадский жук-цесарка - ястреб;
Картофель - картофельная нематода – крот – лиса.
Яблоня - яблоневая плодожорка – жужелица – ящерица – гадюка - сыч.
Яблоня – тля –божья коровка.
• Как можно поддерживать устойчивость агроценозов?
Ответ. Агроценозы поддерживаются человеком посредством больших затрат энергии (мускульной энергии людей и животных, работы сельскохозяйственных машин, связанной энергии удобрений, затрат на дополнительный полив ит. п.). Природные биоценозы таких дополнительных вложений энергии не получают.
На полях обычно выращивают какой-либо один вид растений. С хозяйственной точки зрения идеальный агроценоз должен был бы состоять из этого единственного вида, а идеальная пищевая цепь всего из двух звеньев: растение — человек или растение — домашние животные. Но такая система в природе невозможна. Она неустойчива. На полях после вспашки целины быстро формируются довольно разнообразные сообщена из видов, способных выжить в условиях постоянного антропоген- аого воздействия на поля. Формируются цепи питания из трех-четырех Звеньев, возникают конкурентные взаимодействия и другие типы отношений между видами.
В борьбе человека с сорняками и вредителями культурных растений постоянно возникает экологический эффект бумеранга. В современном сельском хозяйстве в изобилии применяют разнообразные химические средства защиты растений — пестициды. Большинство пестицидов не обладает избирательным действием и подавляет не только те виды, против которых применяется, но и их паразитов и хищников. Таким образом нарушаются возникающие в агроценозах регуляторные связи. Хищники и паразиты, занимая более высокие уровни в цепях питания, более чувствительны к ядам, чем те виды, которыми они питаются. Оставшаяся часть вредителей, освобожденная от регуляторов, дает новую, еще более высокую вспышку численности.
Из этого экологического тупика есть только один выход — не предельное упрощение агроценозов, а регуляция в них численно сти отдельных видов. Так, если в возникающей цепи питания: растение — растительноядное насекомое — паразит усилить последнее звено, то это также приведет к сохранению урожая.
Специальное использование живых организмов — хищных или паразитических насекомых, насекомоядных или хищных птиц, бактерий, вирусов и т. д. — для подавления численности вредителей называют био логическим методом борьбы.
Устойчивую регуляцию численности отдельных видов может осуществить только сложное сообщество. Если оно развивается на полях, то при этом общая продукция культурных растений несколько понижается, так как часть ее идет в цепи питания, но зато достигается стабильность урожая, уменьшается опасность потерять много из-за массового размножения вредителей. Поэтому одно из самых современных направлений в сельскохозяйственной практике — поддержание как можно большего видового богатства и на полях, и в их окружении. В агроценозах человек должен стремиться также сохранять разнообразие почвенных организмов, ответственных за почвообразовательные процессы и поддержание почвенного плодородия.
Другая группа причин, определяющая неустойчивость агроценозов, связана с тем, что из-за постоянного изъятия урожая человеком они не в состоянии более или менее полно поддерживать круговорот веществ. Все знают, как быстро истощается почва на полях и огородах, если не возвращают в нее биогенные элементы в виде минеральных или органических удобрений.
Поддерживать устойчивый биологический круговорот веществ на землях сельскохозяйственного пользования можно при экологически грамотном создании агроэкосистем.