Кто где живет и кто кого ест
Пруд содержит больше, чем просто воду: здесь существуют популяции, питающие друг друга, циркулирующие углерод и азот, а также реагирующие — иногда катастрофически — на то, что мы туда добавляем. Экология задает четыре вопроса: кто здесь живет (популяция, сообщество, местообитание, экосистема), кто кого ест (пищевые цепи, сети, пирамиды), что круговорачивается (углеродный и азотный циклы) и что мы с этим делаем (загрязнение, парниковые газы, эвтрофикация, вырубка лесов).
Edexcel International GCSE Biology 4BI1, Раздел 4 (утверждения 4.1–4.18B) поощряет точные определения и цикл углерода, нарисованный по памяти.
Организм в среде обитания
Популяция — все организмы одного вида в месте обитания; сообщество — все популяции в этом месте обитания; местообитание — само место; экосистема — это сообщество плюс его неживая среда. Численность популяции определяется абиотическими факторами (свет, вода, температура) и биотическими факторами (пища, хищники, болезни, конкуренция). Практические работы с квадратами позволяют оценить численность популяции (среднее количество на квадрат × общая площадь ÷ площадь квадрата), а (B) квадраты вдоль трансекты показывают распределение и биоразнообразие.
Отношения питания
Продуценты (растения) улавливают световую энергию; первичные консументы едят продуцентов; за ними следуют вторичные и третичные консументы; редуценты разлагают мертвые остатки. Стрелки в пищевой цепи направлены от съеденного к съедоку — в направлении потока энергии. Пирамиды количества могут перевертываться (одно дерево, много насекомых), но пирамиды биомассы и передачи энергии всегда сужаются вверх — потому что лишь около 10 % энергии одного уровня передается следующему: остальное теряется при дыхании, движении и выделении, а также в виде тепла.
Циклы внутри экосистем
Углерод: фотосинтез удаляет CO₂ из воздуха; питание передает углерод по цепям; дыхание (все организмы) и разложение возвращают его; сгорание ископаемого топлива высвобождает углерод, накопленный миллионы лет.
(B) Азот: азотфиксирующие бактерии превращают атмосферный N₂ в азотсодержащие соединения; редуценты разлагают мёртвую органику до аммиака; нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитратов, которые поглощают растения; денитрифицирующие бактерии возвращают азот в атмосферу.
Влияние человека
Загрязнение воздуха: диоксид серы растворяется в дожде, образуя кислотные осадки (повреждают листья, водоёмы, здания); угарный газ связывается с гемоглобином, снижая способность крови переносить кислород. Парниковые газы — водяной пар, углекислый газ, закись азота, метан и хлорфторуглероды — задерживают исходящее излучение; сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов, сельское хозяйство и промышленность увеличивают их концентрацию, усиливая «парниковый эффект» (усиленный парниковый эффект), что приводит к глобальному потеплению, повышению уровня моря и изменению климата. Сточные воды в водоёмах стимулируют развитие микроорганизмов, потребляющих кислород. Эвтрофикация: вымывание удобрений в воду вызывает цветение водорослей; они погибают, а редуценты разрушают их, расходуя кислород — рыба задыхается.
(B) Вырубка лесов удаляет корневую систему и крону: дождь вымывает минеральные вещества из почвы, почва размывается, испарение и транспирация снижаются (меньше облаков и осадков), накопленный углерод возвращается в атмосферу, нарушая газовый баланс.
Проверьте себя
- Дайте определения понятиям популяция, сообщество, местообитание и экосистема.
- Почему пирамида численности может быть перевернутой, тогда как пирамида биомассы никогда не бывает инвертированной?
- Объясните, почему между трофическими уровнями передаётся лишь около 10 % энергии.
- Назовите четыре процесса круговорота углерода.
- (B) Какие бактерии превращают аммиак в нитраты, а какие возвращают азот в атмосферу?
- Почему угарный газ смертелен?
- Назовите пять парниковых газов.
- Опишите последовательность эвтрофикации в четырёх этапах.
- (B) Приведите два последствия вырубки лесов для круговорота углерода и два для почвы.
Ответы: 1 популяция — все организмы одного вида в данном местообитании; сообщество — все популяции в данном местообитании; местообитание — среда обитания организмов; экосистема — сообщество плюс его среда обитания; 2 пирамида численности учитывает количество особей — одно огромное дерево может прокормить множество насекомых, переворачивая форму, тогда как биомасса отражает общую массу, которая всегда уменьшается на каждом уровне; 3 энергия теряется на каждом этапе при дыхании (тепло), движении и экскреции/выделении непереваренных остатков; 4 фотосинтез, дыхание, разложение, горение; 5 (B) нитрифицирующие бактерии; денитрифицирующие бактерии; 6 он связывается с гемоглобином прочнее, чем кислород, поэтому кровь переносит меньше кислорода к тканям; 7 водяной пар, углекислый газ, закись азота, метан, хлорфторуглероды; 8 удобрения смываются в воду → цветение водорослей → водоросли гибнут, размножаются редуценты → редуценты дышат, расходуя кислород → рыба и другие организмы погибают; 9 (B) углерод: меньше деревьев фотосинтезируют, а сжигание/горение высвобождает накопленный углерод; почва: вымывание минералов и эрозия без корней, снижение испарения и транспирации.