1. Экосистема: основные понятия и структура
Экосистема — это биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп) и системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Экосистемы могут быть разного масштаба: от маленькой лужи до целой биосферы.
- Экосистема — более широкое понятие. Это может быть и капля воды с микроорганизмами, и лес, и биосфера. Размер не имеет значения.
- Биогеоценоз — это экосистема, но обязательно на суше и ограниченная определённым фитоценозом (растительным сообществом). Границы определяются растительным покровом.
- Вывод: всякий биогеоценоз — это экосистема, но не всякая экосистема — биогеоценоз.
- Целостность: все компоненты взаимосвязаны и взаимозависимы.
- Устойчивость: способность противостоять изменениям и сохранять структуру.
- Саморегуляция: поддержание постоянства внутренней среды за счёт обратных связей.
- Открытость: обмен энергией и веществом с окружающей средой.
- Способность к развитию (сукцессии): закономерная смена сообществ во времени.
2. Компоненты экосистемы: продуценты, консументы, редуценты
| Компонент | Роль в экосистеме | Примеры организмов | Тип питания |
|---|---|---|---|
| Продуценты (производители) | Создают первичное органическое вещество из неорганических соединений путём фотосинтеза или хемосинтеза. Являются основой всех пищевых цепей. | Зелёные растения, водоросли, цианобактерии, хемосинтезирующие бактерии. | Автотрофный |
| Консументы (потребители) | Потребляют готовое органическое вещество, созданное продуцентами или другими консументами. Подразделяются на порядки: I порядка (растительноядные), II порядка (хищники, поедающие консументов I порядка) и т.д. | Консументы I порядка: заяц, гусеница, мышь. Консументы II порядка: лиса, синица, лягушка. | Гетеротрофный |
| Редуценты (разрушители) | Разлагают мёртвое органическое вещество (детрит) до неорганических соединений, завершая круговорот веществ. Работают поэтапно: механическое разрушение, гумификация, минерализация. | Бактерии, грибы, некоторые животные (дождевые черви, мокрицы, личинки насекомых). | Гетеротрофный (сапротрофный) |
3. Цепи питания: пастбищные и детритные
Цепь питания (трофическая цепь) — это последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей для последующего. Перенос энергии от её источника через ряд организмов называется цепью питания.
| Тип цепи | Начальное звено | Основной поток энергии | Примеры | Где преобладают |
|---|---|---|---|---|
| Пастбищная (цепь выедания) | Живые зелёные растения (продуценты) | Растения → растительноядные животные (консументы I порядка) → хищники (консументы II порядка) | Трава → кузнечик → лягушка → уж → хищная птица. Капуста → гусеница белянки → синица → ястреб. | В наземных и водных экосистемах. |
| Детритная (цепь разложения) | Мёртвое органическое вещество (детрит) | Детрит (листовой опад, трупы) → детритофаги (редуценты I порядка) → хищные детритофаги/редуценты | Листовой опад → дождевой червь → ёж → лисица. Мёртвое растение → почвенные бактерии и грибы. | В лесных экосистемах, на дне водоёмов. |
Схема потоков энергии в экосистеме
(Растения, водоросли)
(Растительноядные)
(Хищники)
(Верховные хищники)
Почему цепи питания короткие? Обычно цепи состоят из 3-5 звеньев, так как при каждом переходе с одного трофического уровня на другой теряется около 90% энергии в виде тепла. Чем длиннее цепь, тем меньше энергии остаётся для последних звеньев.
4. Правило 10% (правило Линдемана)
Правило 10% (правило экологической пирамиды, правило Линдемана) гласит: при переходе энергии с одного трофического уровня на другой сохраняется в среднем около 10% энергии, остальные 90% рассеиваются в виде тепла, тратятся на дыхание, движение и другие процессы жизнедеятельности.
- Формула: Энергия следующего уровня = Энергия предыдущего уровня × 0,1 (или 10%)
- Обратный расчёт: Если известна энергия высшего уровня, чтобы найти энергию низшего: умножьте на 10 столько раз, сколько трофических уровней между ними.
- Пример задачи: "Сколько нужно фитопланктона, чтобы вырос кит массой 150 тонн?" (фитопланктон → зоопланктон → кит). Решение: 150 т (кит) × 10 × 10 = 150 т × 100 = 15 000 т фитопланктона.
- Цифра 10% — это среднее значение. В реальности эффективность передачи энергии может колебаться от 5% до 20%.
- Правило работает для энергии, но не всегда точно для биомассы (особенно если сравнивают разные экосистемы, например, наземные и водные).
- Правило объясняет, почему хищников всегда меньше, чем травоядных, а травоядных меньше, чем растений.
5. Экологические пирамиды: чисел, биомассы и энергии
Экологические пирамиды — графическое изображение соотношения между трофическими уровнями в экосистеме. Они наглядно демонстрируют правило 10%.
| Тип пирамиды | Что отображает | Пример для цепи: трава → кузнечики → лягушки → ужи | Особенности |
|---|---|---|---|
| Пирамида чисел | Число особей на каждом трофическом уровне | Травянистые растения: 1 000 000 шт → Кузнечики: 100 000 шт → Лягушки: 10 000 шт → Ужи: 100 шт | Может быть перевёрнутой. Например, на 1 дереве (продуцент) могут жить тысячи тлей (консументы I порядка). |
| Пирамида биомассы | Масса живого вещества (обычно сухого) на каждом уровне | Растения: 2000 кг/га → Травоядные: 200 кг/га → Хищники 1 порядка: 20 кг/га → Хищники 2 порядка: 2 кг/га | Может быть перевёрнутой в водных экосистемах. Биомасса фитопланктона (продуценты) может быть меньше биомассы зоопланктона (консументы), потому что фитопланктон быстро размножается и поедается. |
| Пирамида энергии | Количество энергии (кДж/м²/год), переходящее с уровня на уровень | Солнечная энергия: 5 000 000 кДж → Растения: 50 000 кДж → Травоядные: 5 000 кДж → Хищники: 500 кДж | Всегда имеет правильную форму (сужается кверху). Это самый точный и фундаментальный тип пирамиды. |
6. Пищевые сети и устойчивость экосистем
Пищевая (трофическая) сеть — это сложное переплетение множества цепей питания в экосистеме, где большинство организмов служат пищей более чем для одного вида. Это реальная картина трофических связей, в отличие от упрощённых линейных цепей.
- Повышение стабильности: Чем сложнее сеть, тем устойчивее экосистема. Если исчезнет один вид, его функции могут взять на себя другие.
- Пример устойчивой экосистемы: Влажный экваториальный лес. Устойчивость определяется большим видовым разнообразием и сложной пищевой сетью.
- Пример неустойчивой экосистемы: Поле пшеницы (агроценоз). Мало видов, короткие цепи, слабая саморегуляция, зависит от человека.
- Эффект каскада: Исчезновение или резкое изменение численности одного вида может вызвать цепную реакцию во всей сети. Классический пример — история с волками, оленями и растительностью в Йеллоустоне.
- Нарушение регуляции: В Канаде уничтожили всех волков, чтобы увеличить стадо оленей. Это привело к чрезмерному поеданию оленями растительности, её деградации и, в итоге, к голоду и сокращению численности самих оленей.
7. Практические задачи на цепи питания и правило 10%
1. Энергия в приросте одной синицы:
Если в 100 г консумента 500 кДж, то в 5 г: (500 кДж / 100 г) × 5 г = 25 кДж.
2. Энергия для всех синиц:
50 синиц × 25 кДж = 1 250 кДж. Это энергия, которая поступила на уровень синиц (консументы II порядка).
3. Применяем правило 10%:
• Энергия на уровне синиц (1 250 кДж) — это 10% от энергии гусениц (консументы I порядка). Значит, энергия гусениц была: 1 250 кДж × 10 = 12 500 кДж.
• Энергия гусениц (12 500 кДж) — это 10% от энергии капусты (продуценты). Значит, энергия капусты была: 12 500 кДж × 10 = 125 000 кДж.
Ответ: 125 000 кДж (Б).
Такие задачи проверяют понимание правила Линдемана и умение последовательно применять его для расчёта потока энергии через трофические уровни.
Тест: 20 вопросов по теме "Экосистемы и цепи питания"
Пройдите тест, чтобы проверить свои знания. Вопросы охватывают все аспекты экологии и соответствуют уровню ЕГЭ и ОГЭ.
Ваш результат
Проверенные курсы для системной подготовки к ЕГЭ по биологии
Чтобы закрепить успех и подготовиться ко всем заданиям ЕГЭ, рекомендуем обратиться к структурированным курсам от известных образовательных платформ.
Углубленные курсы по биологии с разбором сложных тем, включая экологию и учение о биосфере. Преподаватели из МГУ и ведущих вузов. Подробный разбор задач ЕГЭ на правило 10% и цепи питания.
Перейти на сайт ФоксфордаСпециализируется на интенсивной подготовке к ЕГЭ. Много практики, в том числе по решению задач на экологические пирамиды и расчёты потоков энергии в экосистемах.
Перейти на сайт СоткиИндивидуальные занятия с репетитором. Идеально, если нужно разобрать сложную тему «с нуля» или ликвидировать конкретные пробелы. Персональный подход к каждому ученику.
Перейти на сайт ТетрикиКрупная платформа с тысячами учеников. Все платежи проходят через официальные системы, предоставляется доступ в личный кабинет с учебными материалами по экологии.
Перейти на сайт УмскулОнлайн-школа от создателей Учи.ру. Прозрачная система оплаты, официальные чеки, пробный бесплатный урок с настоящим преподавателем. Подробный разбор тем по биологии.
Перейти на сайт Учи.Дома