Харчові ланцюги в природі

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Навчально-науковий інститут хімічних технологій та інженерії

Кафедра біотехнології, біофізики та аналітичної хімії

РЕФЕРАТ

з дисципліни «Промислова екологія»

На тему: «Харчові ланцюги в природі»

Виконала: студентка 1 курсу

Літвінова Єлизавета Сергіївна

м. Харків 2020

Зміст

Вступ

Розділ 1. Харчові ланцюги (ланцюги живлення)

1.1 Типи ланцюгів живлення

1.2 Приклади харчових ланцюгів

Розділ 2. Типи екологічної піраміди

Висновок

Список використаних джерел

Вступ

Будь-яку сукупність організмів і неорганічних компонентів, в якій може здійснюватися кругообіг речовин, називають екосистемою. Такий термін був запропонований в 1935 році англійським екологом А.Тенслі, який підкреслював, що при такому підході неорганічні і органічні чинники виступають як рівноправні компоненти, і ми не можемо відокремити організми від конкретного навколишнього середовища. А. Тенслі розглядав екосистеми як основні одиниці природи на поверхні Землі, хоча вони і не мають певного об'єму і можуть охоплювати простір будь-якої протяжності. Для підтримки круговороту речовин в системі необхідна наявність запасу неорганічних молекул в засвоєній формі і три функціонально різних групи організмів: продуцентів, консументів і редуцентів.

Масштаби екосистеми в природі надзвичайно різні. Неоднаковий також ступінь замкнутості підтримуваних в них круговоротів речовини, тобто багатократність залучення одних і тих же атомів в цикли. Як одні екосистеми можна розглядати, наприклад, подушку лишайників на стовбурі дерева і луг, і ліс, і океан, і пустелю, і всю поверхню Землі, зайняту життям. У деяких типах екосистем винесення речовини за їх межі настільки велике, що їх стабільність підтримується в основному за рахунок притоки такої ж кількості речовини ззовні, тоді як внутрішній круговорот малоефективний. Такі проточні водоймища, річки, струмки, ділянки на крутих схилах гір. Інші екосистеми мають значно повніший круговорот речовин і відносно автономні (ліси, луги, озера і т.п.). Проте жодна, навіть найбільша, екосистема Землі не має повністю замкнутого круговороту. Материки інтенсивно обмінюються речовиною з океанами, причому велику роль в цих процесах грає атмосфера, і вся наша планета частина матерії отримує з космічного простору, а частина віддає в космос.

Розділ 1. Харчові ланцюги (ланцюги живлення)

ланцюг екосистема біосфера харчовий

Ланцюги живлення - це послідовності особин одного виду, їхніх решток або продуктів життєдіяльності, які є об'єктом живлення організмів іншого виду, тобто ряд видів організмів, пов'язаних між собою трофічними зв'язками, що складають певну послідовність у передаванні речовин і енергії

Угруповання організмів, що входять до складу біогеоценозів, складаються з трьох груп компонентів: утворювачів органічної речовини (автотрофних організмів) - продуцентів; споживачів живої органічної речовини - консументів; руйнівників органічних решток - переважно мікроорганізмів, які розщеплюють органічні речовини до простих мінеральних сполук, редуцентів. Всі вони пов'язані ланцюгами живлення.

Ланцюги живлення - це послідовності особин одного виду, їхніх решток або продуктів життєдіяльності, які є об'єктом живлення організмів іншого виду, тобто ряд видів організмів, пов'язаних між собою трофічними зв'язками, що складають певну послідовність у передаванні речовин і енергії.

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) - взаємовідносини між організмами під час переносу енергії їжі від її джерела (зеленої рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні, або ряди взаємопов'язаних видів, в яких кожний попередній є об'єктом живлення наступного, називають ланцюгами живлення.

Будь-яку сукупність організмів і неорганічних компонентів, в якій може здійснюватися кругообіг речовин, називають екосистемою. Такий термін був запропонований в 1935 році англійським екологом А.Тенслі, який підкреслював, що при такому підході неорганічні і органічні чинники виступають як рівноправні компоненти, і ми не можемо відокремити організми від конкретного навколишнього середовища. А.Тенслі розглядав екосистеми як основні одиниці природи на поверхні Землі, хоча вони і не мають певного об'єму і можуть охоплювати простір будь-якої протяжності. Для підтримки круговороту речовин в системі необхідна наявність запасу неорганічних молекул в засвоєній формі і три функціонально різних групи організмів: продуцентів, консументів і редуцентів. Масштаби екосистеми в природі надзвичайно різні. Неоднаковий також ступінь замкнутості підтримуваних в них круговоротів речовини, тобто багатократність залучення одних і тих же атомів в цикли. Як одні екосистеми можна розглядати, наприклад, подушку лишайників на стовбурі дерева і луг, і ліс, і океан, і пустелю, і всю поверхню Землі, зайняту життям. У деяких типах екосистем винесення речовини за їх межі настільки велике, що їх стабільність підтримується в основному за рахунок притоки такої ж кількості речовини ззовні, тоді як внутрішній круговорот малоефективний. Такі проточні водоймища, річки, струмки, ділянки на крутих схилах гір. Інші екосистеми мають значно повніший круговорот речовин і відносно автономні (ліси, луги, озера і т.п.). Проте жодна, навіть найбільша, екосистема Землі не має повністю замкнутого круговороту. Материки інтенсивно обмінюються речовиною з океанами, причому велику роль в цих процесах грає атмосфера, і вся наша планета частина матерії отримує з космічного простору, а частина віддає в космос.

Рисунок 1. Схема харчового ланцюга

1.1 Типи ланцюгів живлення

Розрізняють ланцюги живлення різних типів. Тип ланцюга залежить від початкової ланки. Початковою ланкою в ланцюгах живлення можуть бути рослини, мертві рослини, рештки чи послід тварин. Наприклад:

· рослини - попелиці - дрібні комахоїдні птахи - хижі птахи;

· рослини - зайці - лисиці - вовки.

В даних випадках ряди починаються з рослин. До іншого типу рядів живлення належать ряди, що розпочинаються з посліду тварин з невикористаними запасами речовин:

· коров'ячий послід - личинки мух - комахоїдні птахи - хижаки.

Прикладом ланцюгів живлення, які починаються з рослинних решток, може бути:

· рослинний перегній - дощові черв'яки - кроти.

Для прикладу: майже всі ланцюги живлення в океані починаються з фітопланктону, яким живляться тварини зоопланктону (наприклад, рачки). Рачки є їжею для багатьох видів риб і вусатих китів. Риб поїдають птахи. Великі водорості ростуть переважно в прибережній частині океанів і морів.

Розрізняють два типи ланцюгів живлення.

Перший ланцюг живлення (ланцюг видання, або пасовищний) розпочинається з рослин. Джерело енергії, за рахунок якої існують усі організми, - Сонце. В процесі фотосинтезу світлова енергія перетворюється ними (перша ланка таких ланцюгів живлення) на хімічну з утворенням органічних сполук. При цьому лише близько 1% світлової енергії, що потрапляє на рослину, переходить у потенціальну енергію органічних речовин; решта розсіюється у вигляді теплоти та відбивається.

Коли тварини поїдають рослини, то інша частина енергії, що міститься в кормах, витрачається на різні процеси життєдіяльності. У середньому в різних ланцюгах живлення лише 10% енергії кормів переходить у новозбудовану речовину тіла тварин.

Травоїдних тварин поїдають хижаки (на цьому і завершується ланцюг видання). Приклад такого типу ланцюга живлення: планктонні водорості - планктонні тварини - риби - рибоїдні птахи і м'ясоїдні ссавці. Інший приклад: рослини - комахи - комахоїдні птахи - хижі птахи.

Другий тип ланцюгів живлення розпочинається від рослинних і тваринних решток, екскрементів тварин і йде до дрібних тварин і мікроорганізмів, які ними живляться. В результаті діяльності мікроорганізмів утворюється напіврозщеплена маса - детрит. Такий ланцюг живлення називають ланцюгом розщеплення (детритним).

Кожний ланцюг має розгалуження й ускладнюється наявністю в природі паразитів і над-паразитів. Наприклад, ховрах живиться рослинами, на ньому паразитують блохи, в кишках яких є бактерії, в бактеріях - віруси.

В угрупованні організмів (біоценозі) зазвичай буває низка паралельних ланцюгів живлення, між якими можуть існувати зв'язки, оскільки майже завжди різні компоненти живляться різними об'єктами і самі є поживою для різних членів екосистеми. Складна структура ланцюгів живлення забезпечує цілісність і динамічність біоценозу.

Кожна з ланок ланцюга живлення може використати лише 5-15% енергії харчів для побудови речовини свого тіла. Внаслідок неминучої втрати енергії кількість утворюваної органічної речовини в кожній наступній ланці зменшується. Таким чином, кожен ланцюг споживання містить, як правило, не більше 4-5 ланок, тому що внаслідок втрати енергії загальна біомаса кожної наступної ланки приблизно в 10 разів менша за попередню. Ця закономірність називається правилом екологічної піраміди.

Рисунок 2

1.2 Приклади харчових ланцюгів

Харчовий ланцюг, ланцюг живлення, взаємини між організмами, через які в екосистемі відбувається трансформація речовини і енергії; групи особин (бактерії, гриби, рослини і тварини), пов'язані один з одним відношенням їжа - споживач. Існує 2 основних типи трофічних ланцюгів - пасовищні і детритнні. У пасовищному трофічному ланцюзі (ланцюг видання) основу складають автотрофні організми, потім йдуть споживаючі їх рослиноїдні тварини (наприклад, зоопланктон, що харчується фітопланктоном), потім хижаки (консументи) 1-го порядку (наприклад, риби, споживаючі зоопланктон), хижаки 2-го порядку (наприклад, судак, що харчується іншими рибами). Особливо довгі трофічні ланцюги в океані, де багато видів (наприклад, тунці) займають місце консументів 4-го порядку.

В детритних трофічних ланцюгах (ланцюги розкладання), найбільш поширених в лісах, велика частина продукції рослин не споживається безпосередньо рослиноїдними тваринами, а відмирає, піддавшись потім розкладанню сапротрофними організмами і мінералізації. Таким чином, детритні трофічні ланцюги починаються від детриту, йдуть до мікроорганізмів, які їм харчуються, а потім до детритофагам і до їх 8водоймищах і на великих глибинах океану) означає, частина продукції рослин і тварин також поступає в детритні трофічні ланцюги. Мережа трофічних (харчових) взаємозв'язків в природних екосистемах влаштована асиметрично. Енергія в них передається від нижніх рівнів до верхніх по різних каналах (один -- швидший, інший -- повільніший), які об'єднуються хижаками тільки на самих верхніх рівнях. В середині ХХ століття екологи, здавалося, були повністю упевнені в тому, що чим складніше влаштована екосистема, чим більше в ній видів, тим більше вона стабільна. Таку точку зору відстоював зокрема видатний британський еколог Чарлз Елтон в своїй книзі «Екологія нашестя тварин і рослин».

Проте в 1970-і роки Роберт Мей (уродженець Австралії, за освітою інженер, що став фізиком-теоретиком, а згодом екологом, показав на математичних моделях, що в системі, яка складається з безлічі елементів, зв'язаних між собою відносинами типу «хижак--жертва», збільшення числа елементів само по собі не приводить до зростання стабільності. Швидше, навпаки: складніші системи виявляються нестабільними. Проте, оскільки реальні природні екосистеми деколи бувають вельми складними і при цьому стійкими, очевидно, що вся справа не просто в числі взаємодіючих елементів, а в тому, як вони сполучені між собою, в особливостях трофічної (харчовий) структури системи. Як приклад можна привести систему трофічних зв'язків в озері. У її підставі фітопланктон (що створює органічну речовину, яка потім може бути використане зоопланктоном) і детрит -- зважена нежива органічна речовина, яка може бути використане бактеріями, у свою чергу споживаними деякими тваринами. Споживачі фітопланктону і бактерій можуть бути різними, але у складі раціону хижих риб, що знаходяться на самому верхньому трофічному рівні, є види, що представляють як один, так і інший канал (також прожити в озері, не харчуючись їжею з суші, не можна).

При цьому треба мати на увазі, що хоча на кожному рівні організми витрачають немало енергії для підтримки свого існування і верховним хижакам залишається її зовсім небагато, роль останніх в регуляції (забороні зростання чисельності) своїх жертв може бути такою, що визначає. Проаналізувавши докладні опубліковані дані по трофічних мережах чотири наземних і чотирьох водних екосистем, автори в кожній з систем виділили по два «канали» передачі енергії і виявили, що у міру зростання трофічного статусу (положення в трофічному ланцюзі) того або іншого вигляду (або групи видів) збільшується їх залежність не від одного, а від двох каналів. Висота рівня може бути дробом величиною, оскільки вона обчислюється по процентному співвідношенню енергії, що отримується даними організмами з різних рівнів. Наприклад, здобиччю крупних хижих риб можуть бути як 9 дрібніші хижі риби, так і ті риби, які харчуються планктоном, тобто знаходяться в трофічному ланцюзі на одну сходинку нижче.

З'ясувалося також, що «канали», що починаються, наприклад, в грунтовій екосистемі від грибів або від бактерій, а у водних екосистемах -- від планктонних або бентосних (бентос -- сукупність організмів, на дні і в грунті морських і материкових водоймищ) організмів, розрізняються за швидкістю передачі енергії. Бактерійний і планктонний канали швидші, ніж грибний і бентосний: вони характеризуються переважанням організмів з вищим відношенням продукції до біомаси. Вивчення поведінки математичних моделей таких систем показало, що в тих випадках, коли потоки по двох каналах зрівнюються, система стає набагато менш стабільною. Річ у тому, що в цьому випадку зміни в обох каналах відбуваються синхронно, а важлива саме асинхронність і можливість компенсації одного за рахунок іншого. Різке зниження стабільності відбувається і у тому випадку, коли потік йде тільки по одному каналу. Важливе значення в стабілізації належить «верховним хижакам», залежним від обох каналів і здатних ефективно стримувати зростання тих жертв, які починають переважати. Звідси слідують і важливі практичні виводи. Для збереження своєї стійкості екосистеми повинні бути гетерогенними, такими, що допускають можливість різних шляхів («каналів») передачі речовини і енергії від підстави трофічної піраміди до її вершини. Крім того, в них повинні бути «верховні хижаки», здатні перемикатися з одного каналу на іншій. Підстава в пірамідах чисел і біомаси може бути менше, ніж подальші рівні (залежно від співвідношення розмірів продуцентів і консументів). Піраміда енергії завжди звужується догори. У наземних екосистемах зменшення кількості доступної енергії зазвичай супроводжується зменшенням біомаси і чисельності особин на кожному трофічному рівні.

Розділ 2. Типи екологічної піраміди

Екологічна піраміда буває трьох типів:

· піраміда чисел - показує чисельність окремих організмів на кожному рівні, причому загальне число особин, що беруть участь у ланцюгах живлення, з кожною ланкою зменшується;

· піраміда біомаси - кількісне співвідношення органічної речовини; при цьому сумарна маса рослин виявляється більшою, ніж біомаса всіх травоїдних організмів, маса яких, у свою чергу, перевищує масу всіх хижаків;

· піраміда енергії (продукції) - кількість енергії в харчах кожного рівня, причому на кожному наступному трофічному рівні кількість біомаси, що утворюється за одиницю часу, більша, ніж на наступному.

Основа в пірамідах чисел і біомаси може бути менша, ніж наступні рівні (залежно від співвідношення розмірів продуцентів і консументів). Піраміда енергії завжди звужується до верху.

Усі три правила пірамід - продукції, біомаси і чисел - виражають у підсумку енергетичне відношення в екосистемах. Перші два правила виявляються в угрупованнях із певною трофічною структурою, останнє (піраміда продукції) має універсальний характер.

Знання законів продуктивності екосистем і а кількісний облік потоку енергії мають велике практичне значення:

· по-перше, первинна продукція агроценозів і природних угруповань - основне джерело харчування для людства;

· по-друге, одержана за рахунок сільськогосподарських тварин вторинна продукція не менш важлива, тому що містить тваринні білки.

Усі вони, хоч і відрізняються за абсолютними значеннями, мають однакову спрямованість, що відображає чисельність окремих організмів в угрупованнях, і разом з нею виявляють характерні особливості біоценозів.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими (або частково оберненими), тобто основа може бути меншою, ніж один чи кілька верхніх рівнів. Так буває, якщо середня маса продуцентів менша від маси консументів або якщо швидкість метаболізму продуцентів більша, ніж консументів. Навпаки, енергетична піраміда завжди звужуватиметься догори за умови, що враховуються всі джерела трофічної енергії в системі. Екологічна піраміда енергії дає найповніше уявлення про функціональну організацію угруповання. Вона відображає картину швидкостей переміщення маси їжі через ланцюг живлення.

Концепція потоку енергії дає змогу не лише порівнювати екосистеми між собою, а й оцінювати відносну роль популяцій у їхніх біологічних угрупованнях.

Поїдання одних організмів іншими зазвичай не руйнує історично утворених взаємозв'язків, оскільки загибель членів угруповання компенсується їх розмноженням. Між хижаками та їхніми жертвами встановлюється певна рівновага. Якби було по-іншому, то хижаки, знищивши свої жертви, загинули б самі від відсутності їжі.

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю.

Уміння точно розрахувати потік енергії і масштаби продукції екосистем дозволяє одержати найбільший вихід продукції, необхідної людині.

Система зв'язків у біосфері надзвичайно складна і поки що розшифрована тільки в загальних рисах. Найголовнішою ланкою управління є енергія, це перш за все енергія Сонця, потім енергія тепла Землі та енергія радіоактивного розпаду елементів. Неживою частиною біосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи, але діяльність їх визначається зворотними зв'язками, що йдуть від продуцентів.

В результаті здійснюється біотичний колообіг речовин у біосфері приблизно за такою схемою: 12

· продуценти споживають енергію, воду, СО₂, мінеральні солі і виробляють органічну речовину;

· консументи 1-го порядку живляться продуцентами, консументи 2-го та 3-го порядків живляться іншими консументами;

· редуценти споживають частину поживних речовин, розкладають мертві тіла продуцентів і консументів до простих хімічних сполук: води, СО₂, мінеральних солей, замикаючи коло-обіг речовин у біосфері.

Висновок

Мережа трофічних (харчових) взаємозв'язків в природних екосистемах влаштована асиметрично. Енергія в них передається від нижніх рівнів до верхніх по різних каналах (один -- швидший, інший -- повільніший), які об'єднуються хижаками тільки на самих верхніх рівнях. У трофічному ланцюзі при перенесенні потенційної енергії від ланки до ланки велика її частина (до 80-90%) втрачається у вигляді тепла. Проаналізувавши докладні опубліковані дані по трофічних мережах чотирьох наземних і чотирьох водних екосистем, автори в кожній з систем виділили по два «канали» передачі енергії і виявили, що у міру зростання трофічного статусу (положення в трофічному ланцюзі) того або іншого вигляду (або групи видів) збільшується їх залежність не від одного, а від двох каналів. Висота рівня може бути дробом величиною, оскільки вона обчислюється по процентному співвідношенню енергії, що отримується даними організмами з різних рівнів. Іноді під назвою ланцюг живлення, або мережа харчова, позначають взаємини промислового організму з його об'єктами живлення, наприклад ланцюг харчовий осетрових риб, каспійського тюленя і т.п. На кожному трофічному рівні спожита їжа асимілюється не повністю, оскільки значна частина її витрачається на обмін. Тому продукція організмів кожного подальшого трофічного рівня завжди менше продукції попереднього трофічного рівня, в середньому в 10 разів. Відносна кількість енергії, що передається від одного трофічного рівня до іншого, називається екологічною ефективністю співтовариства або ефективністю трофічного ланцюга.

Список використаних джерел

1. Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй Р. С. Основи загальної екології. -- К.: Либідь. 1995 -- 368 с.

2. Білявський Г. О., Фурдуй Р. С. Практикум із загальної екології. // Навч. посібн. --К.: Либідь, 1997. --160с.

3. Волошин І. М. Методика дослідження проблем природокористування. -- Львів: ЛДУ, 1994. -- 160 с.

4. Екологічний словник: Навч. посібник /В. В. Прежко та ін. - Харків: ХДАМГ, 1999. - 416 с.

5. Екологія і закон: Екологічне законодавство України. У 2-х кн. / Відповідальний редактор док. юрид. наук, професор, акад. Андрейцев В. А. -- К.: Юрінком їнтер, 1997. -- 704 с.

6. Злобін Ю. А. Основи екології. - К.: Лібра, 1998. - 249.

7. Корсак К. В., Плахотнік О. В. Основи екології, - К.: МАУП, 2000. - 238 с.

8. Кучерявий В. П. Екологія, - Львів: Світ, - 500 с.

9. Одум Ю. - Экология. - М.: Мир, 1986. - Т. 2.

10. Основи екології та соціоеколотії. / Навч. посібн. під. ред. Назарука М. М. -- Львів: "За вільну Україну", 1997. -- 210 с.

11. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. -- М.: ЮНИТИ, 1998. -- 455 с.

12. Биотехнология сельскохозяйственных растений / Пер. с англ. В.И. Негрука с предислов. Р. Г. Бутенко. -- М.: Агропромиздат, 1987. -- 301 с

13. Валиханова Г. Ж. Биотехнология растений. -- Алматы, «Конжык», 1996. -- 272 с.

14. Вопросы социоэкологии / Материалы первой всесоюзной конференции «Проблемы социальной экологии». -- Львов, 1986. -- 352 с.

15. Основи екології / Під ред. В.М. Черняка. -- Тернопіль, 1994. -- 122 с.

15

16. Страшнюк Н.М. Проблема збереження біорізноманіття на природно-заповідних територіях та з використанням біотехнологічних методів // Семінар “Охорона біорізноманіття та господарська діяльність на природних територіях, що охороняються; раціональне природокористування, екологічний моніторинг. Тези допов. - Київ, Україна, 2000. - С. 46-48.

Размещено на Allbest.ru