Что понимают под структурой сообщества
Структура сообщества
Урок 24. Общая биология 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Структура сообщества»
Структурой сообщества обычно называют соотношение различных групп организмов, которые различаются по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве в пищевой, или трофической, цепи либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экоcистем.
Важнейшими показателями структуры сообщества являются видовая структура, а также морфологическая и пространственная.
Видовой состав сообщества определяется рядом факторов, важнейшие среди которых: географическое местоположение, определяющее состав флоры и фауны, особенности климата, тип ландшафта и его высота над уровнем моря, водный режим, возраст самого сообщества.
Разнообразие живых организмов сообщества также зависит и от абиотических факторов. К ним относят свет, температуру, влажность, химический и механический состав почвы, давление, осадки, рельеф, движение воздушных масс.
Например, факторами, определяющими состав населения тундры, являются: низкие температуры, короткий сезон вегетации, промёрзший (за исключением тонкого слоя ─ всего несколько сантиметров) грунт.
Растительность здесь представлена морошкой, голубикой, разнообразными лишайниками и другими растениями.
Животное население представлено крупными растительноядными млекопитающими (северный олень, овцебык) и мелкими (лемминги, полёвки), хищниками (белый медведь, волк, песец).
В районах с мягким климатом, с обильными и регулярными осадками, с оптимальными температурными показателями видовое богатство выше.
Так, разнообразие видового богатства сообществ зависит от его географического положения. Оно более разнообразно и обильно при продвижении от полюсов к экватору.
Например, в тропическом лесу на одном гектаре можно обнаружить более сотни видов птиц. А в лесу умеренного пояса на одном гектаре число видов птиц не превышает и десятка.
Участие каждого вида в сообществе различно. Виды с высокой численностью играют значительную роль в жизни сообщества, особенно так называемые виды средообразователи. В лесных экосистемах, например, к ним относятся виды преобладающих древесных растений. От них зависят условия, необходимые для выживания других видов живых существ: трав, насекомых, птиц, зверей, мелких беспозвоночных и микроорганизмов лесной подстилки и др.
В то же время редкие (как правило, стенобионтные) виды часто оказываются лучшими индикаторами (показателями) состояния сообщества. Это связано с тем, что для поддержания жизни редких видов требуются строго определённые сочетания различных факторов (например, температуры, влажности, состава почв, определённых видов пищевых ресурсов).
Сообщества характеризуются разнообразием видов и соотношением численности (для животных) или биомассы (для растений) всех входящих в них популяций.
Чем выше видовое разнообразие растительного сообщества, тем ниже общая биомасса всех входящих в него растений.
Одним из важнейших показателей структуры сообщества является видовой состав входящих в него организмов и количественное соотношение видовых популяций.
Видовое разнообразие — это признак экологического разнообразия: чем больше видов, тем больше экологических ниш, т. е. выше богатство среды.
Видовое разнообразие связано также с устойчивостью сообщества: чем больше разнообразие, тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям, будь это изменения климата или других факторов.
Морфологическая и пространственная структура сообщества
Важным экологическим свойством и признаком сообщества является его пространственное сложение — морфологическая структура. Это относится, в первую очередь, к растительным сообществам (фитоценозам), но также опосредованно и к населяющим их животным (зооценозам).
О характерных чертах растительного сообщества, например, можно судить по соотношению присутствующих здесь жизненных форм.
Жизненные формы ― это внешний облик животных и растений (как систематически близких, так и далёких), отражающий их приспособленность к условиям среды.
Самые распространённые жизненные формы растений, например, — это деревья, кустарники, кустарнички и травы (травянистые растения).
Например, в тундрах, высокогорьях с низкой температурой, сухостью и при сильных ветрах преобладают стелящиеся растения и растения подушки.
А в засушливом климате ― суккуленты с мясистыми листьями или стеблями.
Жизненные формы животных для разных систематических групп выделяют по разным признакам.
У зверей одним из основных признаков для выделения жизненных форм считаются способы передвижения (ходьба, бег, прыжки, плавание, ползание, полёт).
Характерными чертами внешнего строения наземных прыгунов, например, являются длинные задние конечности с сильно развитой мускулатурой бёдер, длинный хвост, короткая шея.
После того как очерчены границы биоценоза, уточнён список видов, входящих в его состав, приступают к его описанию. Для этого исследователи выделяют характеристики, описывающие основные свойства биоценозов.
Основной характеристикой биоценоза считается его обилие.
Обилием называют число особей на единицу объёма, то есть это аналог плотности в популяционном исследовании. Обилие меняет своё значение в зависимости от сезона, года или колебаний численности. Эта характеристика меняется от одного биоценоза к другому.
Так, в ботанике приняты пять степеней обилия: отсутствие, редко и рассеяно, не редко, обильно, очень обильно.
В зоологии пользуются соотнесением пойманных животных ко времени лова или количеству ловушек. Это так называемое относительное обилие.
Вторая характеристика — частота. Ее оценивают соотношением числа особей одного вида к общей численности организмов в данном сообществе.
Очень важной характеристикой биоценоза является постоянство его состава.
Сообщества бывают постоянные, которые встречаются в половине проб, взятых из одного биоценоза. Добавочные, которые встречаются не менее чем в четверти всех проб. И случайные, если вид обнаруживается менее чем в четверти всех проб.
Кроме того, в любом сообществе обязательно имеются один или несколько видов, которые по числу особей превосходят прочих, их называют виды доминанты.
Так, несколько крупных жвачных окажут на луг больше влияния, чем многочисленные насекомые-фитофаги. Поэтому таких жвачных назовут доминирующими видами.
Ещё одна характеристика биоценоза — верность местообитанию. Это показатель, выражающий степень привязанности вида к биоценозу. Он определяет частоту встречаемости вида в данном сообществе.
Виды, свойственные исключительно данному биоценозу или наиболее обильно в нем представленные, называют характерными. Так, характерный вид песчаной пустыни — ушастая круглоголовка, а глинистой — такырная.
Имеются виды, предпочитающие определённое местообитание (тихоценные), иначе их ещё называют преферентные. Они встречаются в нескольких рядом расположенных биоценозах, но предпочитают один из них. Таков, например, карась, живущий в реках, прудах, озёрах и даже болотах. Предпочитает же он озера.
Бывают виды чуждые, их ещё называют ксеноценными. Это случайно попавшие в сообщество виды, которые обычно ему не принадлежат. Так, в луговом сообществе в Барабинской низменности среди прочих грызунов может изредка появляться степная пеструшка — житель остепенённых участков, характерный вид для сухих степей. В пойме реки Оби отмечают иногда узкочерепную полёвку, хотя она тоже в основном степной зверёк.
Виды индифферентные способны существовать с равным успехом в нескольких биоценозах. К таким видам можно отнести обыкновенную лисицу, которая обычна в лесу, в тундре, в степи и даже в пустыне.
Биоценозу присуща строгая временная и пространственная организация, ярким проявлением, которой является ярусность.
Ярусность — это вертикальное распределение видов сообщества. Чем больше видовое разнообразие, чем больше ярусов, тем устойчивее и продуктивнее сообщество.
Количество света ― это главный фактор, который определяет вертикальное распределение растений. Также на разных уровнях разный температурный режим и режим влажности.
Например, освещённость под сомкнувшимися кронами елового леса в летние дни в 1,5–2 раза меньше, чем под широколиственными деревьями. Тоже наблюдается и с температурным режимом, температура воздуха под кронами ели на 0,2–0,8 градуса ниже, чем под широколиственными. Атмосферные осадки также в 2–2,5 раза меньше проникают под густые кроны ели.
Рассмотрим ярусы леса умеренного пояса, их насчитывается обычно 5–6.
Первый (верхний) древесный ярус образуют деревья первой величины с высоко расположенной листвой, которая хорошо освещается солнцем (ель, сосна, дуб черешчатый и др.).
Неиспользованный свет поглощается деревьями, которые образую второй ярус. К ним относят рябину обыкновенную, клён, дикую яблоню ― деревья второй величины.
Третий ярус (подлесок) составляют кустарники и кустарниковые формы древесных пород (лещина, калина, малина).
Четвёртый ярус ― травяно-кустарничковый. Здесь произрастают такие травы, как купырь лесной, щитовник, крапива. А также кустарнички черника, клюква, вереск.
Шестой ярус ― лесная подстилка. Она состоит из опавших листьев, веток, цветов, плодов и других остатков растений, трупов животных, оболочек куколок и личинок. Поэтому обычно подстилка и есть самый густонаселённый ярус.
Ярусное строение фитоценоза даёт растениям возможность более полно использовать ресурсы среды, прежде всего свет, тепло и влагу. Растения разных ярусов живут в разных экологических условиях, что уменьшает конкуренцию между ними и способствует увеличению видового разнообразия.
Во многих лесах низкорослых деревьев может и не быть. То есть ярусность будет представлена всего пятью или четырьмя уровнями. В тропических лесах количество ярусов может быть больше 10. Вообще, чем более благоприятны климатические условия и чем плодороднее почва, тем больше в растительном сообществе ярусов.
На лугах также выделяют ярусы. Первый — это высокие травы (высокотравье), второй — травы средней высоты (среднетравье), третий — низкорослые травы (низкотравье).
Однако бывают бедные растительностью сообщества, где можно выделить только один ярус. Таковы, например, сообщества полупустынь.
Ярусность создаёт разнообразие экологических ниш для обитания животных организмов.
В верхнем пологе леса на кронах деревьев гнездятся птицы (зяблики, щеглы, корольки и др.). Некоторые птицы гнездятся в кустарниковом ярусе (например, дрозд певчий, славка, малиновка). На земле гнездятся трясогузки, овсянки, тетеревиные.
В листовом опаде, на поверхности почвы, обитают различные многоножки, жужелицы, муравьи и другие мелкие животные. В почве живут почвенные черви, землеройные животные, медведки.
Также есть и горизонтальное расположение элементов сообщества, которые могут образовать мозаичность. Чередуются пространства с голой почвой и покрытые растениями. Животные также часто располагаются на территории скоплениями. Сообщества могут быть подвержены значительным сезонным изменениям. Иногда за счёт миграций животных сообщества могут сильно изменяться даже в течение суток.
1. Дайте определение понятий.
Экосистема – биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
Биоценоз – это организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущая совместно в одних и тех же условиях среды.
Биосфера – оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.
2. Заполните таблицу.
Экологические сообщества
3. Какие признаки лежат в основе классификации экосистем?
При классификации наземных экосистем обычно используют признаки растительных сообществ (составляющих основу экосистем) и климатические (зональные) признаки. Так, выделяются определенные типы экосистем, например тундра лишайниковая, тундра моховая, лес хвойный (еловый, сосновый), лес лиственный (березняк), лес дождевой (тропический), степь, кустарники (ивняк), болото травянистое, болото сфагновое. Часто в основу классификации природных экосистем кладут характерные экологические признаки местообитаний, выделяя сообщества морских побережий или шельфа, озер или прудов, пойменные или суходольные луга, каменистые или песчаные пустыни, горные леса, эстуарии (устья больших рек) и др.
4. Заполните таблицу.
Сравнительная характеристика естественных и искусственных экосистем
6. Перечислите основные направления деятельности, предпринимаемые для улучшения состояния экологических систем городов.
Озеленение города: создание парков, скверов, зеленых массивов, цветников, клумб, зеленых массивов вокруг промышленных предприятий. Соблюдение принципов равномерности и непрерывности в размещении зеленых насаждений.
7. Что понимают под структурой сообщества?
Это соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве, в пищевой, или трофической сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.
8. Заполните таблицу.
Структура сообществ
Пищевые связи, круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах
1. Дайте определение понятий.
Пищевая цепь – ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища — потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю).
Пищевая сеть – схема всех пищевых (трофических) связей между видами сообщества.
Трофический уровень – это совокупность организмов, которые, в зависимости от способа их питания и вида корма, составляют определенное звено пищевой цепи.
2. Чем пастбищные цепи отличаются от детритных?
В пастбищной цепи поток энергии идет от растений через травоядных животных к хищным животным. Поток энергии, идущий от мертвого органического вещества и проходящий через систему разлагателей, называется детритной цепью.
3. Заполните таблицу.
Трофические уровни экосистемы
4. В чем заключается сущность круговорота веществ в экосистеме?
Энергия не может передаваться по замкнутому кругу, она расходуется, превращаясь в энергию химических связей и тепло. Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулирую между живыми организмами и окружающей средой.
5. Выполните практическую работу.
1.Составление схем передачи веществ и энергии (цепочка питания)
Назовите организмы, которые должны быть на пропущенных местах в следующих пищевых цепях.
2.Из предложенного списка организмов составьте детритную и пастбищную трофические сети: трава, ягодный кустарник, муха, синица, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик.
6. Что ограничивает длину каждой пищевой цепи в экосистеме?
Живые организмы, поедая представителей предыдущего уровня, получают запасенную в его клетках и тканях энергию. Значительную часть этой энергии (до 90 %) он расходует на движение, дыхание, нагревание тела и т.д. и только 10 % накапливает в своем теле виде белков (мышцы), жиров (жировая ткань). Таким образом, на следующий уровень передается только 10% энергии, накопленной предыдущим уровнем. Именно поэтому пищевые цепи не могут быть очень длинными.
8. Может ли экологическая пирамида быть перевернутой основанием вверх? Ответ подкрепите конкретным примером.
Если скорость воспроизводства популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства. По этой причине пирамиды численности или биомассы могут быть перевернутыми, т. е. низкие трофические уровни могут иметь меньше плотность и биомассу, чем более высокие.
Например:
1) На одном дереве могут жить и кормиться множество насекомых.
2) Перевернутая пирамида биомассы свойственна морским экосистемам, где первичные продуценты (фитопланктонные водоросли) очень быстро делятся, а их потребители (зоопланктонные ракообразные) гораздо крупнее, но размножаются значительно медленнее. Морские позвоночные имеют еще большую массу и длительный цикл воспроизводства.
9. Решите экологические задачи.
Задача 1. Рассчитайте количество планктона (в кг), необходимое для того, чтобы в море вырос дельфин массой 350 кг.
Решение. Дельфин, питаясь хищными рыбами, накопил в своем теле только 10% от общей массы пищи, зная, что он весит 350 кг, составим пропорцию.
350кг – 10%,
Х – 100%.
Найдем чему равен Х. Х=3500 кг. (хищные рыбы). Этот вес составляет только 10% от массы нехищных рыб, которой они питались. Снова составим пропорцию.
3500кг – 10%
Х – 100%
Х=35 000 кг (масса нехищных рыб)
Сколько же им пришлось съесть планктона, для того чтобы иметь такой вес? Составим пропорцию.
35 000 кг.- 10%
Х =100%
Х = 350 000 кг
Ответ: Для того что бы вырос дельфин массой 350 кг, необходимо 350 000 кг планктона.
Задача 2. В результате проведенного исследования выяснилось, что после истребления хищных птиц численность пернатой дичи, уничтожаемой ими ранее, сначала быстро растет, но затем стремительно падает. Чем можно объяснить эту закономерность?
Ответ: Для ответа на этот вопрос необходимо учитывать следующие положения: «бесконтрольное» увеличение численности пернатой дичи приводит к истощению кормовой базы, ослаблению устойчивости организмов птиц к болезням, быстрому распространению инфекции, вырождению, уменьшению плодовитости и массовой гибели птиц от болезней.
Задача 3. В сосуд с планктонными водорослями посадили питающихся ими дафний. После этого численность водорослей снизилась, но продукция биомассы водорослей (измеренная по скорости деления клеток) возросла. Каковы возможные объяснения данного явления?
Ответ: Дафнии в результате метаболизма выделяют вещества, которые ускоряют рост водорослей (их кормовую базу), тем самым достигается эко-баланс.
Причины устойчивости и смены экосистем
1. Дайте определение понятий.
Сукцессия – закономерный и последовательный процесс смены сообществ на определенном участке, вызванный взаимодействием живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой
Общее дыхание сообщества – в экологии суммарные энергозатраты, т. е. суммарная продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов.
3. Заполните таблицу.
Виды сукцессий
4. От чего зависит продолжительность сукцессии?
Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества.
Вторичные сукцессии протекают значительно быстрее. Это объясняется тем, что первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву, что создает условия для ускоренного роста и развития новых поселенцев.
5. Каковы преимущества зрелого сообщества перед молодым сообществом?
Зрелое сообщество с его большим разнообразием и обилием организмов, развитой трофической структурой и с уравновешенными потоками энергии способно противостоять изменениям физических факторов (например, температуры, влажности) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое сообщество.
Структура сообщества
Перейти в оглавление раздела: Сообщество. Экосистема. Биогеоценоз
Структура сообщества: видовая; морфологическая и пространственная; трофическая.
Видовая структура
Одним из важнейших показателей структуры сообщества является видовой состав входящих в него организмов. Видовой состав сообщества определяется рядом факторов, важнейшие среди которых: географическое местоположение, определяющее состав флоры и фауны, особенности климата, тип ландшафта и его высота над уровнем моря, водный режим, возраст самого сообщества. В пределах отдельных континентов и климатических зон сходные по видовому составу сообщества формируются в районах, сходных по экологическим условиям.
Много общего в составе населения северных хвойных лесов, вытянувшихся широким поясом через всю Евразию и Северную Америку, в населении степей, предгорий, пустынь, пойменных участков рек, иногда отдаленных друг от друга сотнями и даже тысячами километров.
В то же время редкие, как правило, стенобионтные виды часто оказываются лучшими индикаторами (показателями) состояния сообщества. Это связано с тем, что для поддержания жизни редких видов требуются строго определенные сочетания различных факторов (например, температуры, влажности, состава почв, определенных видов пищевых ресурсов).
Морфологическая и пространственная структура
Любые сообщества, независимо от местоположения или состава присутствующих в нем видов, обладают некоторыми признаками, которые существенно облегчают их анализ и сопоставление друг с другом. К таким признакам относят соотношение организмов с определенными типами внешнего строения и пространственную организацию сообщества.
Как вам уже известно из Часть I. Введение. Общие сведения, определенные типы внешнего строения организмов, возникшие как приспособления к условиям местообитаний, называются жизненными формами.
Разные жизненные формы, сосуществующие в сообществе, как правило, обособлены пространственно. Это выражается в горизонтальном и вертикальном расчленении фитоценоза на отдельные элементы, каждый из которых играет свою роль в накоплении и преобразовании вещества и энергии. Такое расчленение характеризует пространственную структуру сообщества.
Подземная ярусность представляет собой как бы зеркальное отражение надземной: корни наиболее высоких растений (деревьев) проникают глубже всех, корни низких (трав, кустарников) располагаются у поверхности почвы или прямо в подстилке. Наибольшая масса корней находится в верхних слоях почвы.
Морфологическая и пространственная структура сообщества является показателем разнообразия условий жизни организмов, богатства и полноты использования ими ресурсов среды. В определенной мере они характеризуют также устойчивость сообществ, то есть их способность противостоять внешним воздействиям.