Structure trophique des écosystèmes.
Source : manuel de formation « Île » (il y en a un peu dans le cours 3).
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Nutrition autotrophe(nutrition autonome) – synthèse de substances organiques de nature inanimée (dioxyde de carbone et eau) par photosynthèse (organismes photoautotrophes) et chimiosynthèse (chimioautotrophes).
À photoautotrophes comprennent toutes les plantes vertes et certaines bactéries (exemples d'autotrophes : mousse, arbres, phytoplancton). Au cours de leur vie, ils synthétisent des substances organiques à la lumière - des glucides ou des sucres (CH 2 O) n. Le rôle principal dans la synthèse des substances organiques appartient aux organismes végétaux ; ils sont entièrement responsables de la formation de toute nouvelle matière organique dans tout écosystème. Chaque année, les organismes photosynthétiques sur Terre créent environ 150 milliards de tonnes de matière organique qui accumule l'énergie solaire.
Chimioautotrophes(vivant dans le sol et le sous-sol) utilisent l'énergie libérée lors des réactions chimiques d'oxydation de l'hydrogène, du soufre, du sulfure d'hydrogène, de l'ammoniac, etc., et synthétisent les substances organiques dont ils ont besoin. Ce groupe comprend les bactéries nitrifiantes qui oxydent l'ammoniac en acides nitreux puis nitrique.
Nutrition hétérotrophe(se nourrir des autres) – consommation de matière organique finie. Les hétérotrophes comprennent tous les animaux, champignons et la plupart bactéries. Les hétérotrophes agissent en tant que consommateurs et destructeurs (destructeurs) de substances organiques. Selon leurs sources de nourriture et leur participation à la destruction de la matière organique, ils se répartissent en consommateurs, détritivores (saprotrophes) et décomposeurs.
Consommateurs– consommateurs de matière organique des organismes vivants. Les consommateurs sont une grande variété d’organismes : des bactéries aux éléphants. Ceux-ci incluent les protozoaires, les vers, les poissons, les mollusques, les arthropodes, les oiseaux, les mammifères, y compris les humains. Les consommateurs sont divisés en un certain nombre de sous-groupes selon les différences dans les sources alimentaires.
Les activités des consommateurs contribuent aux transformations et aux mouvements des substances organiques dans les écosystèmes, à leur minéralisation partielle, ainsi qu'à la dissipation de l'énergie accumulée par les producteurs.
Les consommateurs comprennent symbiotrophes(bactéries et champignons) qui se nourrissent des sécrétions des racines des plantes. Les symbiotrophes jouent un rôle important dans le fonctionnement des écosystèmes. Les fils fongiques qui enchevêtrent les racines des plantes aident à absorber l’eau et les minéraux. Les bactéries symbiotrophes absorbent l'azote de l'atmosphère et le transforment en composés assimilables par les plantes (ammoniac, nitrates). Cet azote est dit biologique. Les symbiotrophes comprennent les bactéries, les organismes unicellulaires qui vivent dans les intestins des humains et des animaux phytophages ; ils les aident à digérer les aliments ;
Détritivores (saprotrophes)– les organismes qui se nourrissent de matière organique morte – les restes de plantes et d'animaux (détritus). Il s'agit de diverses bactéries putréfactives, champignons, vers, mille-pattes, larves de mouches, écrevisses, crabes, chacals et autres animaux - ils remplissent tous la fonction de nettoyage des écosystèmes. Les détritivores sont aussi des consommateurs.
Certains organismes utilisent à la fois des plantes, des animaux et même des détritus pour se nourrir ; euryphages (omnivores)– ours, renard, cochon, rat, poulet, corbeau, cafard, etc.
Décomposeurs- bactéries et champignons inférieurs - complètent le travail destructeur des détritivores, amènent la décomposition de la matière organique en composés inorganiques (minéraux) - dioxyde de carbone, eau, etc. Ils renvoient les substances minérales dans le système écologique, renvoient les substances dans le cycle en les transformant sous des formes accessibles aux producteurs (autotrophes). Le rôle des décomposeurs dans le cycle des substances est extrêmement important. Sans décomposeurs, des tas de résidus organiques s’accumuleraient dans la biosphère ; les réserves de substances minérales nécessaires aux producteurs se tariraient et la vie sous la forme que nous connaissons cesserait.
Dans tout écosystème, tous les détritivores et décomposeurs remplissent la même fonction : ils se nourrissent de matière organique morte, la décomposent et finalement la transforment en substances inorganiques, qui servent de matière première pour nourrir les producteurs. Les détritivores et les décomposeurs, en fonction du type de nutrition, sont classés dans un groupe spécial d'organismes - saprophages(se nourrissent de matière organique morte).
Tous ces groupes d'organismes dans n'importe quel écosystème interagissent étroitement les uns avec les autres, coordonnant les flux de matière et d'énergie. Leur fonctionnement conjoint maintient non seulement la structure et l'intégrité de l'écosystème, mais a également un impact significatif sur les composants abiotiques du système, contribuant à son épuration.
Les organismes vivants sont étroitement liés non seulement les uns aux autres, mais aussi à la nature inanimée. Cette connexion s'exprime à travers la matière et l'énergie.
Le métabolisme, comme vous le savez, est l’une des principales manifestations de la vie. En termes modernes, les organismes sont des systèmes biologiques ouverts car ils sont connectés à leur environnement par un flux constant de matière et d’énergie traversant leur corps. La dépendance matérielle des êtres vivants à l'égard de l'environnement a été prise en compte dès l'époque Grèce antique. Philosophe Héraclite exprimait ce phénomène de manière figurée dans les mots suivants : « Nos corps coulent comme des ruisseaux, et la matière s'y renouvelle constamment, comme l'eau dans un ruisseau. » La connexion substance-énergie d’un organisme avec son environnement peut être mesurée.
Le flux de nourriture, d’eau et d’oxygène vers les organismes vivants est un flux de matière provenant de l’environnement. Les aliments contiennent l’énergie nécessaire au fonctionnement des cellules et des organes. Les plantes absorbent directement l’énergie du soleil, la stockent dans les liaisons chimiques des composés organiques, puis elle est redistribuée à travers les relations alimentaires dans les biocénoses.
Les flux de matière et d’énergie traversant les organismes vivants lors des processus métaboliques sont extrêmement importants. Une personne, par exemple, consomme des dizaines de tonnes de nourriture et de boissons au cours de sa vie et plusieurs millions de litres d’air par ses poumons. De nombreux organismes interagissent encore plus intensément avec leur environnement. Pour créer chaque gramme de leur masse, les plantes dépensent entre 200 et 800 grammes d'eau, voire plus, qu'elles extraient du sol et s'évaporent dans l'atmosphère. Substances nécessaires à photosynthèse, les plantes obtiennent du sol, de l’eau et de l’air.
Avec une telle intensité de flux de matière de la nature inorganique vers les corps vivants, les réserves de composés nécessaires à la vie - les éléments biogéniques - auraient été épuisées depuis longtemps sur Terre. Cependant, la vie ne s’arrête pas, car les nutriments sont constamment restitués à l’environnement qui entoure les organismes. Cela se produit dans les biocénoses où, en raison des relations nutritionnelles entre espèces, les substances organiques synthétisées par les plantes sont finalement à nouveau détruites en composés qui peuvent être à nouveau utilisés par les plantes. C'est ainsi que se produit le cycle biologique des substances.
Ainsi, la biocénose fait partie d'un système encore plus complexe, qui, outre les organismes vivants, comprend également leur environnement inanimé, contenant la matière et l'énergie nécessaires à la vie. Une biocénose ne peut exister sans liens matériels et énergétiques avec l’environnement. De ce fait, la biocénose représente une certaine unité avec elle.
Tout ensemble d'organismes et de composants inorganiques dans lequel le cycle de la matière peut être maintenu est appelé système écologique ou écosystème.
Les écosystèmes naturels peuvent être de différents volumes et étendues : une petite flaque d'eau avec ses habitants, un étang, un océan, une prairie, un bosquet, une taïga, une steppe - autant d'exemples d'écosystèmes à différentes échelles. Tout écosystème comprend une partie vivante - une biocénose et son environnement physique. Les écosystèmes de plus en plus petits font partie d'écosystèmes de plus en plus grands, jusqu'à l'écosystème global de la Terre. Le cycle biologique général de la matière sur notre planète consiste également en l'interaction de nombreux autres cycles privés.
Un écosystème ne peut assurer la circulation de la matière que s'il comprend les quatre composantes nécessaires à cela : réserves de nutriments, producteurs, consommateurs et décomposeurs (Fig. 67).
Producteurs - ce sont des plantes vertes qui créent de la matière organique à partir d'éléments biogéniques, c'est-à-dire de produits biologiques, en utilisant les flux d'énergie solaire.
Consommateurs - les consommateurs de cette substance organique, la transformant sous de nouvelles formes. Les animaux agissent généralement en tant que consommateurs. Il existe des consommateurs de premier ordre - les espèces herbivores et des animaux carnivores de second ordre.
Décomposeurs - des organismes qui détruisent complètement les composés organiques en composés minéraux. Le rôle des décomposeurs dans les biocénoses est joué principalement par les champignons et les bactéries, ainsi que par d'autres petits organismes qui traitent les restes morts de plantes et d'animaux (Fig. 68).
La vie sur Terre existe depuis environ 4 milliards d'années, sans interruption précisément parce qu'elle se produit dans le système des cycles biologiques de la matière. La base en est la photosynthèse végétale et les connexions alimentaires entre les organismes dans les biocénoses.
Or, le cycle biologique de la matière nécessite une dépense énergétique constante.
Contrairement aux éléments chimiques qui interviennent de manière répétée dans les corps vivants, l’énergie solaire retenue par les plantes vertes ne peut pas être utilisée indéfiniment par les organismes.
Selon la première loi de la thermodynamique, l'énergie ne disparaît pas sans laisser de trace ; elle se conserve dans le monde qui nous entoure, mais passe d'une forme à une autre. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, toute transformation d'énergie s'accompagne du passage d'une partie de celle-ci vers un état où elle ne peut plus être utilisée pour le travail. Dans les cellules des êtres vivants, l'énergie qui assure les réactions chimiques est partiellement transformée en chaleur lors de chaque réaction, et la chaleur est dissipée par le corps dans l'espace environnant. Le travail complexe des cellules et des organes s’accompagne ainsi d’une perte d’énergie du corps. Chaque cycle de circulation des substances, en fonction de l'activité des membres de la biocénose, nécessite de plus en plus de nouveaux apports d'énergie.
Ainsi, la vie sur notre planète se déroule sous la forme d’un cycle constant de substances, soutenu par le flux d’énergie solaire. La vie est organisée non seulement en biocénoses, mais aussi en écosystèmes, dans lesquels il existe un lien étroit entre les composantes vivantes et non vivantes de la nature.
La diversité des écosystèmes sur Terre est associée à la fois à la diversité des organismes vivants et aux conditions de l'environnement physique et géographique. Les communautés de toundra, de forêt, de steppe, de désert ou tropicales ont leurs propres caractéristiques de cycles biologiques et de liens avec l'environnement. Les écosystèmes aquatiques sont également extrêmement diversifiés. Les écosystèmes diffèrent par la vitesse des cycles biologiques et par la quantité totale de substances impliquées dans ces cycles.
Le principe de base de la durabilité des écosystèmes – le cycle de la matière soutenu par le flux d’énergie – garantit essentiellement l’existence infinie de la vie sur Terre.
Sur la base de ce principe, des écosystèmes artificiels durables et des technologies de production permettant d'économiser l'eau ou d'autres ressources peuvent être organisés. La violation de l'activité coordonnée des organismes dans les biocénoses entraîne généralement de graves changements dans les cycles de la matière dans les écosystèmes. Ce raison principale des catastrophes environnementales telles qu'une baisse de la fertilité des sols, une diminution des rendements végétaux, de la croissance et de la productivité animales et la destruction progressive de l'environnement naturel.
Exemples et informations complémentaires
1. Dans les forêts, tous les organismes herbivores (consommateurs de premier ordre) utilisent en moyenne environ 10 à 12 % de la croissance annuelle des plantes. Le reste est traité par des décomposeurs après la mort du feuillage et du bois. Dans les écosystèmes steppiques, le rôle des consommateurs augmente considérablement. Les herbivores peuvent manger jusqu'à 70 % de la masse aérienne totale des plantes sans nuire de manière significative à leur taux de renouvellement. Une partie importante de la substance ingérée retourne dans l'écosystème sous forme d'excréments, qui sont activement décomposés par les micro-organismes et les petits animaux. Ainsi, l’activité des consommateurs accélère grandement la circulation des substances dans les steppes. L’accumulation de déchets végétaux morts dans les écosystèmes est un indicateur d’un ralentissement du taux de renouvellement biologique.
2. Dans les écosystèmes terrestres, le sol joue avant tout le rôle de stockage et de réserve des ressources nécessaires à la vie de la biocénose. Les écosystèmes dépourvus de sols - aquatiques, rocheux, sur bas-fonds et décharges - sont très instables. La circulation des substances qui s'y trouvent est facilement interrompue et difficile à reprendre.
Dans les sols, la partie la plus précieuse est l'humus - une substance complexe formée à partir de matière organique morte suite à l'activité de nombreux organismes. L'humus fournit une nutrition fiable et à long terme aux plantes, car il se décompose très lentement et progressivement, libérant ainsi des nutriments. Les sols riches en humus se caractérisent par une fertilité élevée et les écosystèmes sont résilients.
3. Des écosystèmes instables dans lesquels le cycle de la matière n'est pas équilibré peuvent être facilement observés par l'exemple de la prolifération d'étangs ou de petits lacs. Dans de tels réservoirs, surtout si les engrais sont emportés par les champs environnants, la végétation côtière et diverses algues se développent rapidement. Les plantes n'ont pas le temps d'être transformées par les habitants aquatiques et, en mourant, forment des couches de tourbe au fond. Le lac devient peu profond et cesse progressivement d'exister, se transformant d'abord en marécage puis en prairie humide. Si le réservoir est petit, de tels changements peuvent se produire assez rapidement, sur plusieurs années.
4. Les mers sont également de gigantesques écosystèmes complexes. Malgré leur immense profondeur, ils sont peuplés de vie jusque dans leurs profondeurs. Dans les mers, il y a une circulation constante des masses d'eau, des courants apparaissent et des flux et reflux se produisent près de la côte. La lumière du soleil ne pénètre que dans les couches superficielles de l'eau ; en dessous de 200 m, la photosynthèse des algues est impossible. Par conséquent, seuls les organismes hétérotrophes vivent en profondeur : les animaux et les bactéries. Ainsi, les activités des producteurs et de la majeure partie des décomposeurs et des consommateurs sont fortement séparées dans l'espace. La matière organique morte finit par couler au fond, mais les éléments minéraux libérés ne retournent dans les couches supérieures qu'aux endroits où il y a de forts courants ascendants. Dans la partie centrale des océans, la reproduction des algues est fortement limitée par le manque de nutriments, et la « productivité » de l'océan dans ces zones est aussi faible que dans les déserts les plus secs.
Questions.
1. Énumérer le plus complètement possible la composition des décomposeurs de l'écosystème forestier.
2. Comment se manifeste le cycle des substances dans un aquarium ? À quel point est-il fermé ? Comment le rendre plus durable ?
3. Dans la réserve de steppe, dans une zone entièrement clôturée contre les mammifères herbivores, le rendement en herbe était de 5,2 c/ha et dans la zone de pâturage de 5,9. Pourquoi l’élimination des consommateurs est-elle plus faible ?
lo produits végétaux ?
4. Pourquoi la fertilité du sol terrestre diminue-t-elle si les substances extraites des champs par l’homme sous forme de cultures reviennent tôt ou tard dans le sol sous forme transformée ? environnement?
Exercice.
Comparez l'augmentation annuelle de la masse verte et des réserves de résidus végétaux morts (déchets dans les forêts, chiffons dans les steppes) dans différents écosystèmes. Déterminez dans quels écosystèmes le cycle des substances est le plus intense.
Sujets de discussion.
1. A proximité des fumeurs entreprises industrielles les déchets ont commencé à s'accumuler dans les forêts. Pourquoi cela se produit-il et quelles prédictions peut-on faire sur l’avenir de cette forêt ?
2. Est-il possible d'exister des écosystèmes dans lesquels la partie vivante n'est représentée que par deux groupes : les producteurs et les décomposeurs ?
3. Au cours des époques passées, d'importantes réserves de charbon sont apparues dans plusieurs régions de la Terre. Que peut-on dire des principales caractéristiques des écosystèmes dans lesquels cela s’est produit ?
4. Dans les écosystèmes complexes des forêts tropicales humides, le sol est très pauvre en nutriments. Comment expliquer cela ? Pourquoi forêts tropicales ne retrouvent-ils pas leur forme antérieure s'ils sont réunis ?
5. À quoi devrait ressembler l’écosystème des engins spatiaux pour les missions à long terme ?
Chernova N. M., Fondamentaux de l'écologie : manuel. jours 10 (11) année. enseignement général manuel institutions/ N. M. Chernova, V. M. Galushin, V. M. Konstantinov ; Éd. N.M. Tchernova. - 6e éd., stéréotype. - M. : Outarde, 2002. - 304 p.
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Les consommateurs (consommer - consommer), ou organismes hétérotrophes (hétéros - autres, trophe - nourriture), réalisent le processus de décomposition des substances organiques. Ces organismes utilisent la matière organique comme matière nutritionnelle et source d’énergie. Les organismes hétérotrophes sont divisés en phagotrophes (phaqos - dévorant) et saprotrophes (sapros - pourri).[...]
Les consommateurs utilisent en partie le blé pour soutenir les processus vitaux (« coûts respiratoires ») et construisent en partie leur propre corps sur cette base, réalisant ainsi la première étape fondamentale de transformation de la matière organique synthétisée par les producteurs. Le processus de création et d'accumulation de biomasse au niveau des consommateurs est désigné comme production secondaire.[...]
Les consommateurs sont des animaux hétérotrophes qui consomment des substances organiques prêtes à l'emploi. Les consommateurs de premier ordre peuvent utiliser la matière organique provenant des plantes (herbivores). Les hétérotrophes qui consomment de l'alimentation animale sont divisés en consommateurs d'ordres II, III, etc. (carnivores). Tous utilisent l'énergie des liaisons chimiques stockées dans les substances organiques par les producteurs.[...]
CONSOMMATEURS - organismes qui consomment des substances organiques prêtes à l'emploi, mais ne décomposent pas ces substances en simples composants minéraux (cf. décomposeurs). L'ensemble des K. forme des chaînes trophiques (niveaux), dans lesquelles se distinguent les K. du premier ordre (herbivores) et les K. du deuxième, du troisième et des ordres suivants (prédateurs).[...]
Les consommateurs sont des organismes qui incluent tous les animaux qui consomment des substances organiques prêtes à l'emploi créées par des espèces photosynthétiques ou chimiosynthétiques - les producteurs. Contrairement aux destructeurs, ils n'amènent pas les substances organiques à une décomposition complète en composants minéraux simples.[...]
Il n’y a pas de consommateurs qui vivent isolés : ils sont tous influencés par d’autres consommateurs. L’exemple le plus évident est la concurrence ; de nombreux consommateurs sont confrontés à une concurrence abusive pour des ressources alimentaires limitées lorsque la densité de consommateurs est élevée et les quantités de nourriture faibles ; dans ce cas, à mesure que la densité des consommateurs augmente, le taux de consommation alimentaire de chaque individu diminue. Cependant, même si les approvisionnements alimentaires ne sont pas limités, le taux de consommation alimentaire par individu peut diminuer avec l’augmentation de la densité de consommation en raison d’un certain nombre d’interactions, généralement appelées interférences mutuelles. Par exemple, de nombreux consommateurs interagissent avec d’autres individus d’une population sur une base comportementale ; Cela laisse moins de temps pour la consommation alimentaire et le taux de consommation alimentaire diminue généralement.[...]
Si le consommateur quitte rapidement la zone d'alimentation, cette période sera alors courte (/r + 5cr. sur la figure 9.21.5). Mais en même temps, il recevra en conséquence peu d’énergie (Ecr). Le taux de production d'énergie (pour toute la période £¿ + 5) sera donné par la pente du segment OB [c'est-à-dire par exemple. Kr £/(+ 5 Kr.)]. Dans le même temps, si le consommateur reste longtemps sur place (5DL), alors il recevra beaucoup plus d'énergie (£DL) ; mais en général, le rythme de production (pente du segment Ob) changera peu. Afin de maximiser le taux de production d'énergie sur la période ¿/ + 5, il est nécessaire d'atteindre la valeur maximale de la pente du segment reliant le point O à la courbe de consommation. Ceci est réalisé simplement en traçant une tangente à la courbe (ligne OP sur la Fig. 9.21, B). Il est impossible de tracer une droite à partir du point O encore plus raide et de telle sorte qu'elle coupe la courbe, et donc le temps de séjour obtenu à l'aide de la tangente est optimal (50Pm).[...]
Les réactions des consommateurs aux spots de restauration ont souvent une composante non seulement spatiale, mais aussi temporelle. Dans de tels cas, le comportement des personnages principaux ressemble à un « jeu de cache-cache ».
P - producteurs C, - consommateurs primaires. D. Arthropodes du sol - d'après Engeliann (1968).[...]
Tous les composants vivants d'un écosystème - producteurs, consommateurs et décomposeurs - constituent la biomasse totale (« poids vif ») de la communauté dans son ensemble ou de ses parties individuelles, certains groupes d'organismes. La biomasse est généralement exprimée en termes de poids humide et sec, mais peut également être exprimée en unités d'énergie - en calories, joules, etc., ce qui permet d'identifier la relation entre la quantité d'énergie entrante et, par exemple, la moyenne biomasse.[...]
Une personne qui mange de la viande de vache est un consommateur secondaire au troisième niveau trophique, et qui mange des plantes est un consommateur primaire au deuxième niveau trophique. Chaque personne a besoin d'environ 1 million de kcal d'énergie reçue par l'alimentation par an pour le fonctionnement physiologique de l'organisme. L'humanité produit environ 810 5 kcal (avec une population de plus de 6 milliards d'habitants), mais cette énergie est répartie de manière extrêmement inégale. Par exemple, en ville, la consommation d'énergie par personne atteint 80 millions de kcal par an, soit Pour tous types d'activités (transports, ménage, industrie) une personne dépense 80 fois plus d'énergie que ce qui est nécessaire à son corps.[...]
Dans le même temps, on ne peut pas s’attendre à ce que le taux de natalité, le taux de croissance et le taux de survie des consommateurs augmentent indéfiniment à mesure que la disponibilité alimentaire augmente. Les consommateurs atteignent un état de satiété et le taux de consommation alimentaire atteint progressivement un niveau constant, auquel il ne dépend pas de la quantité de nourriture disponible (Fig. 8.7) ; Par conséquent, le gain reçu par le consommateur atteint également un niveau constant. Il existe donc une limite à la quantité de nourriture qu'une population donnée de consommateurs est capable de consommer, la limite effets nocifs sur la population de ses proies et la limite jusqu'à laquelle la population du consommateur peut augmenter.[...]
Dans un écosystème, les connexions alimentaires et énergétiques vont dans le sens : producteurs -> consommateurs -> décomposeurs.[...]
Chaque biocénose comprend les composants fonctionnels suivants : producteurs, consommateurs d'ordres I-III, ainsi que décomposeurs qui forment des chaînes alimentaires de différents types (pâturages et détritus). Cette structure de l'écosystème assure le transfert d'énergie de lien (niveau trophique) à lien. Dans des conditions réelles, les chaînes alimentaires peuvent avoir un nombre différent de maillons ; de plus, les chaînes trophiques peuvent se croiser, formant des réseaux alimentaires. Presque toutes les espèces animales, à l’exception de celles qui sont très spécialisées sur le plan alimentaire, n’utilisent pas une seule source de nourriture, mais plusieurs. Si un membre de la biocénose quitte la communauté, le système tout entier n’est pas perturbé puisque d’autres sources de nourriture sont utilisées. Plus la diversité spécifique d’une biocénose est grande, plus elle est stable. Par exemple, dans la chaîne alimentaire plante-lièvre-renard, il n'y a que trois maillons. Mais le renard se nourrit non seulement de lièvres, mais aussi de rongeurs et d'oiseaux. Le lièvre dispose également d'alimentations alternatives - parties vertes des plantes, tiges sèches (« foin »), brindilles d'arbres et d'arbustes, etc.[...]
Un tiers des groupes d'organismes participant au cycle de la matière dans la biosphère sont des consommateurs, c'est-à-dire des organismes qui se nourrissent de matière organique vivante ou morte. La différence entre les consommateurs et les décomposeurs, qui se nourrissent également de matière organique, est que pour leur activité vitale, ils n'utilisent qu'une partie de l'énergie (en moyenne environ 90 %) contenue dans la matière organique des aliments, et toute la matière organique des aliments n'est pas transformés en composés inorganiques [...]
Dans le cas des chaînes alimentaires de pâturages forestiers, lorsque les arbres sont producteurs et les insectes sont les principaux consommateurs, le niveau des consommateurs primaires est numériquement plus riche en individus du niveau producteur. Ainsi, les pyramides de nombres peuvent être inversées. Par exemple sur la Fig. La figure 9.7 montre des pyramides de nombres pour les écosystèmes de la steppe et des forêts de la zone tempérée.[...]
Les ressources biologiques sont toutes des composantes de la biosphère qui forment le milieu vivant : producteurs, consommateurs et décomposeurs contenant du matériel génétique (Reimers, 1990). Ce sont des sources permettant aux gens de recevoir des avantages matériels et spirituels. Il s'agit notamment des objets commerciaux, des plantes cultivées, des animaux domestiques, des paysages pittoresques, des micro-organismes, c'est-à-dire des ressources végétales, des ressources animales, etc. Les ressources génétiques revêtent une importance particulière.[...]
De plus, les résultats de la modélisation deviennent différents lorsqu'on prend en compte le fait que les populations de consommateurs sont influencées par les ressources alimentaires, et que celles-ci ne dépendent pas de l'influence des consommateurs (¡3,/X), 3(/ = 0 : le soi- appelé « système régulé par les donateurs »), dans ce type de réseau trophique, la stabilité est soit indépendante de la complexité, soit augmente avec elle (DeAngelis, 1975). En pratique, le seul groupe d'organismes qui satisfait généralement à cette condition sont les détritivores.[...]
L'homme fait partie de la composante biotique de la biosphère, où il est relié par des chaînes alimentaires aux producteurs, est un consommateur de premier et deuxième (parfois troisième) ordre, un hétérotrophe, utilise de la matière organique et des nutriments prêts à l'emploi, est inclus dans le cycle des substances dans la biosphère et obéit à la loi de l'unité physique et chimique de la matière B .ET. Vernadsky - la matière vivante est unie physico-chimiquement.[...]
L’exemple ci-dessus montre comment une même ressource (le framboisier) peut être utilisée par une grande variété de consommateurs ; Cela montre également combien de consommateurs apparemment sans lien entre eux peuvent néanmoins interagir via une ressource commune (voir chapitre 7).[...]
Le niveau trophique est la localisation de chaque maillon de la chaîne alimentaire. Le premier niveau trophique est celui des producteurs, tous les autres sont les consommateurs.[...]
Les communautés biotiques de chacune de ces zones, à l'exception des zones euphotiques, sont divisées en benthiques et pélagiques. Parmi eux, les principaux consommateurs sont le zooplancton ; les insectes marins sont écologiquement remplacés par des crustacés. L'écrasante majorité des grands animaux sont des prédateurs. La mer est caractérisée par un groupe très important d'animaux appelés sessiles (attachés). On ne les trouve pas dans les systèmes d’eau douce. Beaucoup d’entre eux ressemblent à des plantes, d’où leur nom, par exemple crinoïdes. Le mutualisme et le commensalisme y sont largement développés. Tous les animaux benthiques dans leur cycle de vie passer par le stade pélagique sous forme de larves.[...]
Mais encore, sans aucun doute, plus règle générale est une diminution du taux de consommation alimentaire par un individu avec une augmentation de la densité de population des consommateurs. Il est probable que ce déclin ait un impact négatif sur la fécondité, la croissance et la mortalité des individus, et à mesure que la densité augmente, cela effet négatif va augmenter. Ainsi, un contrôle dépendant de la densité s'exerce dans la population consommatrice et, par conséquent, l'interférence mutuelle stabilise la dynamique de la population de prédateurs et la dynamique des populations de prédateurs et de proies en interaction.[...]
La masse organique créée par les plantes par unité de temps est appelée production primaire de la communauté, et la production d'animaux ou d'autres consommateurs est appelée secondaire. Évidemment, la production secondaire ne peut être supérieure ni même égale à la production primaire. Les produits sont exprimés quantitativement en masse humide ou sèche de plantes ou en unités énergétiques - le nombre équivalent de joules.[...]
L'énergie est transférée d'organisme à organisme, créant une chaîne alimentaire ou trophique : des autotrophes, producteurs (créateurs) aux hétérotrophes, consommateurs (mangeurs) et ainsi de suite 4 à 6 fois d'un niveau trophique à l'autre.[...]
Dans une agrocénose, comme dans toute biocénose, des chaînes alimentaires se développent. Un maillon obligatoire de ces chaînes est la personne, et ici elle agit en tant que consommateur de premier ordre, et la chaîne alimentaire est interrompue chez elle. Les agrocénoses sont très instables et existent sans intervention humaine de 1 an (céréales, légumes) à 20-25 ans (fruits et baies).[...]
COMMUNITY est une collection d’individus interconnectés, d’espèces interconnectées au sein d’un certain espace.[...]
La préférence classée prévaut lorsque les produits alimentaires peuvent être classés sur la base d’un seul indicateur. Une alimentation mixte est préférable pour diverses raisons.[...]
La biocénose (« bios » - vie, « cénose » - communauté, Karl Moebius, 1877) est l'ensemble des espèces vivant ensemble et interconnectées les unes avec les autres. Les biocénoses, comme les populations, sont un niveau supraorganisme d'organisation de la VIE.[...]
Les prédateurs qui se nourrissent d'herbivores et les « superprédateurs » qui se nourrissent à la fois des mêmes herbivores et de prédateurs plus petits constituent les niveaux de consommateurs de 2e et 3e ordre. Une partie de la matière organique créée par les producteurs n'atteint pas le niveau des consommateurs sous forme d'aliment, mais, avec les résidus organiques de tous niveaux, elle est transformée par des organismes qui se nourrissent de résidus organiques morts, destructeurs, et est finalement détruite par des champignons et des micro-organismes. qui sont appelés décomposeurs. De nombreux auteurs, cependant, combinent ces deux groupes d'organismes en un seul sous l'un ou l'autre des deux noms. Analyse du fonctionnement des systèmes de communication entre différents niveaux, rôles espèce individuelle et des groupes d'espèces dans le traitement de la matière et de l'énergie dans les réseaux trophiques, et ils sont toujours beaucoup plus complexes que le schéma généralisé de la « pyramide », constitue le contenu principal de la recherche environnementale.[...]
Il n’est pas difficile de remarquer que plus la chaîne alimentaire d’une population est courte, plus la quantité d’énergie disponible pour son activité vitale est grande. Par conséquent, pour un résultat donné de la production primaire de l'écosystème, la transition vers chaque niveau suivant de la chaîne alimentaire réduit considérablement le nombre de consommateurs (jusqu'à 10 fois) capables de se nourrir eux-mêmes.
L'effet bénéfique de la nourriture sur les prédateurs individuels n'est pas difficile à imaginer. D’une manière générale, une augmentation de la quantité de nourriture consommée entraîne une augmentation du taux de croissance, de développement et de reproduction et une diminution de la mortalité. Cependant, il existe un certain nombre de situations dans lesquelles la relation entre le taux de consommation alimentaire et le gain reçu par le prédateur s'avère plus complexe qu'il n'y paraît à première vue.[...]
Dans les écosystèmes terrestres, les plantes à fleurs dominent généralement non seulement leur niveau trophique, mais également l’ensemble de la communauté, car elles abritent la grande majorité des organismes de la communauté et exercent en outre diverses influences sur l’environnement abiotique. Les consommateurs peuvent également jouer un rôle régulateur dans l’ensemble de la communauté. Là où les plantes sont de petite taille, les animaux ont une influence assez importante sur l'environnement physique.[...]
Tous les animaux ont d’abord besoin d’une certaine quantité de nourriture simplement pour survivre (Figure 8.6), et à moins que ce seuil ne soit dépassé, l’animal ne pourra pas grandir et se reproduire et ne pourra donc pas produire de progéniture. En d'autres termes, un faible taux de consommation alimentaire ne donne pas simplement trop peu de gain au consommateur, mais affecte plutôt la vitesse à laquelle il risque de mourir de faim.
Ils créent de la biomasse, qui contient l'énergie potentielle des liaisons chimiques. Par conséquent, ils sont appelés producteurs - producteurs. Le taux d'accumulation d'énergie aux niveaux des cônes est appelé productivité secondaire.[...]
À proximité de l'usine, une colonie de taupes a été trouvée à une distance de 16 km du centre d'émission, des campagnols ont été capturés à moins de 7 à 8 km et des musaraignes ont été capturées à 3 à 4 km. De plus, à ces distances de la plante, les animaux ne vivent pas en permanence, mais ne s'y rendent que temporairement. Cela signifie que la biogéocénose, avec une augmentation de la charge anthropique, est simplifiée principalement en raison de la perte ou de la forte réduction des consommateurs (voir Fig. 4) et le circuit de circulation du carbone (et d'autres éléments) devient en deux parties : producteurs et récepteurs. .[...]
Un écosystème est un ensemble d'organismes et de composants inorganiques dans lesquels la circulation de la matière peut être maintenue. Tout écosystème comprend une partie vivante - une biocénose et son environnement physique. Les écosystèmes les plus petits font partie d'écosystèmes de plus en plus grands, jusqu'à l'écosystème global de la Terre - la biosphère. Un écosystème ne peut assurer la circulation de la matière que s'il comporte quatre composantes : réserves de nutriments, producteurs, consommateurs et décomposeurs.[...]
L'une des raisons du manque de données paléontologiques sur l'Archéen et le Protérozoïque est le manque de squelettes, externes ou internes, qui pourraient être conservés sous forme de fossiles. L'une des hypothèses à cet égard, la plus proche de la vision écologique de l'évolution, est que pendant longtemps le niveau de production de matière organique par la photosynthèse, représentée principalement par le phytoplancton, des algues microscopiques flottant dans les couches supérieures de l'eau, a été élevé. suffisants, voire excessifs, pour faire vivre une variété de consommateurs qui se nourrissaient d'algues vivantes ou mortes et ont évolué pour améliorer les mécanismes de filtration de l'eau ou de collecte de limon. Une partie importante des organismes marins modernes ont conservé leur alimentation à partir de minuscules particules organiques filtrées (éponges, de nombreux mollusques, crustacés, cordés larvaires et bien d'autres) ou de limon collecté au fond. Ce type de biosphère, dont les écosystèmes ne comprenaient probablement que trois niveaux - producteurs, consommateurs et décomposeurs, micro-organismes qui décomposent finalement la matière organique, existait sur Terre depuis assez longtemps.[...]
En plus d'illustrer l'importance potentielle de la satiété des prédateurs, l'exemple de rendement met en évidence un autre problème lié à l'échelle de temps des interactions. Les consommateurs de semences sont incapables de tirer le maximum de profit (ou de causer le maximum de dégâts) d’une récolte abondante car leur temps de génération est trop long. Un hypothétique consommateur de semences, qui pourrait produire plusieurs générations au cours d’une saison, serait capable, avec une nourriture abondante, d’augmenter sa population de manière exponentielle et de détruire la récolte. -D'une manière générale, les consommateurs ayant un temps de génération relativement court ont tendance à répéter les fluctuations de l'abondance de leurs proies, tandis que les consommateurs ayant un temps de génération relativement long ont besoin d'une période plus longue pour répondre à une augmentation de l'abondance des proies et restaurer leur nombre après un déclin. .
Tout ensemble d'organismes et de composants inorganiques dans lequel la circulation de substances peut avoir lieu est appelé écosystème. Pour maintenir la circulation des substances dans le système, il est nécessaire de disposer d'un apport de molécules inorganiques sous une forme assimilable et de trois molécules fonctionnellement différentes. groupes environnementaux organismes : producteurs, consommateurs et décomposeurs.
Les consommateurs (du latin Consommer - consommer) sont des organismes hétérotrophes (tous les êtres vivants qui ont besoin de nourriture d'origine biologique) qui consomment la matière organique des producteurs ou d'autres consommateurs et la transforment sous de nouvelles formes.
Selon leurs sources alimentaires, les consommateurs sont divisés en trois classes principales :
- phytophages(herbivores) sont Consommateurs de 1ère commande se nourrissant exclusivement de plantes vivantes. Par exemple, les oiseaux mangent des graines, des bourgeons et des feuilles.
- - prédateurs(carnivores) - Consommateurs de 2ème ordre qui se nourrissent exclusivement d'herbivores (phytophages), ainsi que Consommateurs de 3ème ordre se nourrissant uniquement de carnivores.
- - euryphages(omnivores) qui peuvent manger à la fois des aliments végétaux et animaux. Les exemples sont les porcs, les rats, les renards, les cafards et les humains.
Le terme « ordre de consommation (premier, deuxième, etc.) » permet d'indiquer plus précisément la place de l'organisme dans la chaîne alimentaire. Les décomposeurs (par exemple, les champignons, les bactéries de décomposition) sont également des hétérotrophes ; ils se distinguent des consommateurs par leur capacité à décomposer complètement les substances organiques (protéines, glucides, lipides et autres) en substances inorganiques (dioxyde de carbone, ammoniac, urée, sulfure d'hydrogène). , complétant le cycle des substances dans la nature, créant un substrat pour les activités des producteurs.
Un seul organisme peut être un consommateur de différents ordres dans différentes chaînes trophiques, par exemple, un hibou mangeant une souris est simultanément un consommateur du deuxième et du troisième ordre, et une souris est un consommateur du premier et du deuxième, puisque la souris se nourrit sur les plantes et les insectes herbivores.
La présence de quatre blocs interconnectés : producteur - consommateur de premier ordre - consommateur de second ordre - décomposeur est toujours traçable. C’est de cette chaîne fonctionnelle qu’on parle lorsqu’on parle de chaînes trophiques ou alimentaires dans un écosystème.
Rôle écologique des consommateurs consiste à traiter la biomasse accumulée par les producteurs et à créer de la nouvelle biomasse supplémentaire. Aux dépens des producteurs, ils augmentent leur biomasse, dépensant naturellement une partie de l'énergie pour assurer leur activité vitale, notamment en la rejetant sous une forme ou une autre dans l'environnement (Fig. 36 - 3). En effet, ils redistribuent la matière et l'énergie dans le temps et dans l'espace.
Les consommateurs non seulement utilisent la biomasse de leurs prédécesseurs pour augmenter la leur, mais la détruisent souvent tout simplement, facilitant ainsi la vie des décomposeurs.
L'importance générale des consommateurs dans le cycle des substances particulier et ambigu. Ils ne sont pas nécessaires dans le processus direct de circulation : des systèmes artificiels modèles fermés composés de plantes vertes et de micro-organismes du sol, en présence d'humidité et de sels minéraux, peuvent exister indéfiniment. pendant longtemps en raison de la photosynthèse, de la destruction des résidus végétaux et de l'implication des éléments libérés dans un nouveau cycle. Mais cela n’est possible que dans des conditions de laboratoire stables. Dans un environnement naturel, la probabilité de mort de systèmes aussi simples pour de nombreuses causes augmente. Les « garants » de la stabilité du cycle sont avant tout les consommateurs.
Au cours de leur propre métabolisme, les hétérotrophes décomposent les substances organiques obtenues dans les aliments et construisent sur cette base les substances de leur propre corps. La transformation des substances principalement produites par les autotrophes dans les organismes consommateurs entraîne une augmentation diversité de la matière vivante. La diversité est une condition nécessaire à la stabilité de tout système cybernétique dans un contexte de perturbations externes et internes (principe d'Ashby). Les systèmes vivants - de l'organisme à la biosphère dans son ensemble - fonctionnent selon le principe cybernétique de rétroaction. Dans le texte suivant, nous rencontrerons plus d'une fois l'importance des diverses formes de diversité biologique (diversité biologique) pour le fonctionnement durable des écosystèmes.
Les animaux, qui constituent l'essentiel des organismes consommateurs, se distinguent par leur mobilité et leur capacité à se déplacer activement dans l'espace. De cette manière, ils participer à la migration de la matière vivante, sa dispersion à la surface de la planète, qui, d'une part, stimule la répartition spatiale de la vie, et d'autre part, sert en quelque sorte de « mécanisme de garantie » en cas de destruction de la vie en tout lieu pour une raison ou une autre.
Un exemple d’une telle « garantie spatiale » est la catastrophe bien connue sur l’île. Krakatoa : Une éruption volcanique en 1883 a complètement détruit la vie sur l'île, mais en seulement 50 ans, elle s'est rétablie, avec environ 1 200 espèces recensées. Le peuplement s'est produit principalement grâce à Java, Sumatra et les îles voisines qui n'ont pas été touchées par l'éruption, d'où, de différentes manières, des plantes et des animaux ont repeuplé l'île recouverte de cendres et de coulées de lave gelées. Parallèlement, des pellicules de cyanobactéries furent les premières à apparaître (au bout de 3 ans) sur les tufs et cendres volcaniques. Le processus d'établissement de communautés durables sur l'île se poursuit ; les cénoses forestières sont toujours présentes premiers stades succession et leur structure est grandement simplifiée.
Notons que la division des organismes vivants en producteurs, consommateurs et décomposeurs constitue le premier niveau de diversité biologique.
Enfin, le rôle des consommateurs, en premier lieu des animaux, est extrêmement important, car régulateurs de l’intensité des flux de matière et d’énergie le long des chaînes trophiques. La capacité d'autorégulation active de la biomasse et le taux de son changement au niveau des écosystèmes et des populations d'espèces individuelles se réalise finalement sous la forme du maintien du respect des taux de création et de destruction de matière organique dans les systèmes de circulation mondiale. Non seulement les consommateurs participent à un tel système de régulation, mais ces derniers (en particulier les animaux) se distinguent par la réaction la plus active et la plus rapide à toute perturbation de l'équilibre de la biomasse des niveaux trophiques adjacents.
Thème n°4 BIOCENOSE
Le concept de biocénose
Structure trophique de la biocénose
Structure spatiale de la biocénose
Le concept de biocénose
Dans la nature, les populations de différentes espèces sont intégrées dans des macrosystèmes de rang supérieur - dans ce qu'on appelle des communautés, ou biocénoses.
La biocénose (du grec bios – vie, koinos – général) est un groupe organisé de populations interconnectées de plantes, d'animaux, de champignons et de micro-organismes vivant ensemble dans les mêmes conditions environnementales.
Le concept de « biocénose » a été proposé en 1877 par le zoologiste allemand K. Mobius. Moebius, étudiant les bancs d'huîtres, est arrivé à la conclusion que chacun d'eux représente une communauté d'êtres vivants dont tous les membres sont étroitement liés les uns aux autres. La biocénose est un produit de la sélection naturelle. Sa survie, son existence stable dans le temps et dans l'espace dépendent de la nature de l'interaction des populations constitutives et n'est possible qu'avec l'apport obligatoire d'énergie rayonnante du Soleil depuis l'extérieur.
Chaque biocénose a une certaine structure, composition spécifique et territoire ; elle se caractérise par une certaine organisation des liaisons alimentaires et un certain type de métabolisme
Mais aucune biocénose ne peut se développer seule, en dehors et indépendamment du milieu. En conséquence, certains complexes, ensembles de composants vivants et non vivants, se développent dans la nature. Les interactions complexes de leurs différentes parties sont prises en charge sur la base d'une adaptabilité mutuelle polyvalente.
Un espace aux conditions plus ou moins homogènes, habité par l'une ou l'autre communauté d'organismes (biocénose), est appelé biotope.
Autrement dit, un biotope est un lieu d'existence, un habitat, une biocénose. Par conséquent, une biocénose peut être considérée comme un complexe d’organismes historiquement établi, caractéristique d’un biotope spécifique.
Toute biocénose forme une unité dialectique avec un biotope, un macrosystème biologique d'un rang encore plus élevé : une biogéocénose. Le terme « biogéocénose » a été proposé en 1940 par V. N. Sukachev. Il est presque identique au terme « écosystème », largement utilisé à l'étranger, proposé en 1935 par A. Tansley. Il existe une opinion selon laquelle le terme « biogéocénose » reflète dans une bien plus grande mesure les caractéristiques structurelles du macrosystème étudié, tandis que le concept d'« écosystème » inclut principalement son essence fonctionnelle. En fait, il n'y a aucune différence entre ces termes. Sans aucun doute, V.N. Sukachev, en formulant le concept de « biogéocénose », y a combiné non seulement la signification structurelle, mais aussi fonctionnelle du macrosystème. Selon V.N. Soukatchev, biogéocénose- Ce un ensemble de phénomènes naturels homogènes sur une zone connue de la surface terrestre- atmosphère, roche, conditions hydrologiques, végétation, faune, micro-organismes et sol. Cet ensemble se distingue par les interactions spécifiques de ses composants, leur structure particulière et un certain type d'échange de substances et d'énergie entre eux et avec d'autres phénomènes naturels.
Les biogéocénoses peuvent être de tailles très différentes. De plus, ils se caractérisent par une grande complexité – il est parfois difficile d’en prendre en compte tous les éléments, tous les liens. Il s'agit par exemple de groupes naturels tels qu'une forêt, un lac, une prairie, etc. Un exemple de biogéocénose relativement simple et claire est un petit réservoir ou un étang. Ses composants non vivants comprennent l'eau, les substances qui y sont dissoutes (oxygène, dioxyde de carbone, sels, composés organiques) et le sol - le fond d'un réservoir, qui contient également un grand nombre de substances diverses. Les composants vivants d'un réservoir sont divisés en producteurs primaires - producteurs (plantes vertes), consommateurs - consommateurs (primaires - herbivores, secondaires - carnivores, etc.) et destructeurs - destructeurs (micro-organismes), qui décomposent les composés organiques en composés inorganiques. Toute biogéocénose, quelle que soit sa taille et sa complexité, est constituée de ces maillons principaux : producteurs, consommateurs, destructeurs et composants de nature inanimée, ainsi que de nombreux autres maillons. Des connexions des ordres les plus variés naissent entre eux - parallèles et se croisant, enchevêtrées et entrelacées, etc.
En général, la biogéocénose représente une unité dialectique interne contradictoire, en mouvement et en changement constants. "La biogéocénose n'est pas la somme de la biocénose et de l'environnement", souligne N.V. Dylis, "mais un phénomène naturel global et qualitativement isolé, agissant et se développant selon ses propres lois, dont la base est le métabolisme de ses composants."
Les composantes vivantes de la biogéocénose, c'est-à-dire les communautés animales et végétales équilibrées (biocénoses), constituent la forme d'existence la plus élevée des organismes. Ils se caractérisent par une composition relativement stable de faune et de flore et possèdent un ensemble typique d'organismes vivants qui conservent leurs caractéristiques fondamentales dans le temps et dans l'espace. La stabilité des biogéocénoses est soutenue par l'autorégulation, c'est-à-dire tous les éléments du système existent ensemble, ne se détruisant jamais complètement, mais limitant seulement le nombre d'individus de chaque espèce à une certaine limite. C'est pourquoi de telles relations se sont historiquement développées entre espèces d'animaux, de plantes et de micro-organismes qui assurent leur développement et maintiennent leur reproduction à un certain niveau. La surpopulation de l'une d'entre elles peut survenir pour une raison quelconque, sous la forme d'une épidémie de reproduction massive, et la relation existante entre les espèces est alors temporairement perturbée.
Pour simplifier l'étude de la biocénose, elle peut être conditionnellement divisée en composantes distinctes : phytocénose - végétation, zoocénose - faune, microbiocénose - micro-organismes. Mais une telle fragmentation conduit à une séparation artificielle et en réalité incorrecte d’un complexe naturel unique de groupes qui ne peuvent exister indépendamment. Dans aucun habitat, il ne peut y avoir de système dynamique composé uniquement de plantes ou uniquement d’animaux. La biocénose, la phytocénose et la zoocénose doivent être considérées comme des unités biologiques de types et de stades différents. Cette vision reflète objectivement la situation réelle de l’écologie moderne.
Dans les conditions du progrès scientifique et technologique, l'activité humaine transforme les biogéocénoses naturelles (forêts, steppes). Ils sont remplacés par des semis et des plantations de plantes cultivées. C'est ainsi que se forment des agrobiogéocénoses secondaires particulières, ou agrocénoses, dont le nombre sur Terre est en constante augmentation. Les agrocénoses ne sont pas seulement des champs agricoles, mais aussi des brise-vent, des pâturages, des forêts artificiellement régénérées dans des zones défrichées et des incendies, des étangs et des réservoirs, des canaux et des marécages asséchés. Les agrobiocénoses dans leur structure sont caractérisées par un petit nombre d'espèces, mais par leur grande abondance. Bien qu'il existe de nombreuses caractéristiques spécifiques dans la structure et l'énergie des biocénoses naturelles et artificielles, il n'y a pas de différences marquées entre elles. Dans une biogéocénose naturelle, le rapport quantitatif des individus de différentes espèces est déterminé mutuellement, puisque des mécanismes régulant ce rapport y opèrent. En conséquence, un état stable s'établit dans de telles biogéocénoses, maintenant les proportions quantitatives les plus favorables de ses composants constitutifs. Dans les agrocénoses artificielles, de tels mécanismes n'existent pas ; l'homme a entièrement assumé la responsabilité de réguler les relations entre les espèces. Une grande attention est accordée à l'étude de la structure et de la dynamique des agrocénoses, car dans un avenir prévisible, il n'y aura pratiquement plus de biogéocénoses primaires et naturelles.
Structure trophique de la biocénose
La fonction principale des biocénoses - maintenir la circulation des substances dans la biosphère - repose sur les relations nutritionnelles des espèces. C'est sur cette base que les substances organiques synthétisées par les organismes autotrophes subissent de multiples transformations chimiques et retournent finalement dans l'environnement sous forme de déchets inorganiques, eux aussi impliqués dans le cycle. Par conséquent, avec toute la diversité des espèces qui composent les différentes communautés, chaque biocénose comprend nécessairement des représentants des trois groupes écologiques fondamentaux d'organismes - producteurs, consommateurs et décomposeurs . L'exhaustivité de la structure trophique des biocénoses est un axiome de la biocénologie.
Groupes d'organismes et leurs relations dans les biocénoses
Sur la base de leur participation au cycle biogénique des substances dans les biocénoses, on distingue trois groupes d'organismes :
1) Producteurs(producteurs) - organismes autotrophes qui créent des substances organiques à partir de substances inorganiques. Les principaux producteurs de toutes les biocénoses sont les plantes vertes. Les activités des producteurs déterminent l'accumulation initiale de substances organiques dans la biocénose ;
Consommateursjecommande.
Ce niveau trophique est composé de consommateurs directs de la production primaire. Dans les cas les plus typiques, lorsque ces derniers sont créés par des photoautotrophes, ce sont des herbivores. (phytophage). Les espèces et formes écologiques représentant ce niveau sont très diverses et sont adaptées pour se nourrir de différents types d'aliments végétaux. En raison du fait que les plantes sont généralement attachées au substrat et que leurs tissus sont souvent très résistants, de nombreux phytophages ont développé des pièces buccales de type rongeur et divers types d'adaptations pour broyer et broyer les aliments. Il s'agit des systèmes dentaires de type rongeur et broyeur chez divers mammifères herbivores, de l'estomac musculaire des oiseaux, particulièrement bien exprimé chez les granivores, etc. n. La combinaison de ces structures détermine la capacité à broyer des aliments solides. Les pièces buccales rongeuses sont caractéristiques de nombreux insectes et autres.
Certains animaux sont adaptés pour se nourrir de la sève des plantes ou du nectar des fleurs. Cet aliment est riche en substances riches en calories et facilement digestibles. L'appareil buccal des espèces qui se nourrissent de cette manière est conçu sous la forme d'un tube à travers lequel la nourriture liquide est absorbée.
Les adaptations à l’alimentation végétale se retrouvent également au niveau physiologique. Ils sont particulièrement prononcés chez les animaux qui se nourrissent des tissus rugueux des parties végétatives des plantes, contenant de grandes quantités de fibres. Dans le corps de la plupart des animaux, les enzymes cellulolytiques ne sont pas produites et la dégradation des fibres est effectuée par des bactéries symbiotiques (et certains protozoaires du tractus intestinal).
Les consommateurs utilisent en partie la nourriture pour soutenir les processus vitaux (« coûts respiratoires ») et construisent en partie leur propre corps sur cette base, réalisant ainsi la première étape fondamentale de transformation de la matière organique synthétisée par les producteurs. Le processus de création et d'accumulation de biomasse au niveau des consommateurs est désigné comme , produits secondaires.
ConsommateursIIcommande.
Ce niveau réunit les animaux avec une alimentation de type carnivore (zoophage). Habituellement, tous les prédateurs sont considérés dans ce groupe, car leurs caractéristiques spécifiques ne dépendent pratiquement pas du fait que la proie soit un phytophage ou un carnivore. Mais à proprement parler, seuls les prédateurs qui se nourrissent d’herbivores et représentent donc la deuxième étape de transformation de la matière organique dans les chaînes alimentaires doivent être considérés comme des consommateurs de second ordre. Les substances chimiques à partir desquelles sont construits les tissus d'un organisme animal sont assez homogènes, donc la transformation lors du passage d'un niveau de consommateurs à un autre n'est pas aussi fondamentale que la transformation des tissus végétaux en animaux.
Avec une approche plus prudente, le niveau des consommateurs du second ordre devrait être divisé en sous-niveaux selon la direction du flux de matière et d'énergie. Par exemple, dans la chaîne trophique « céréales – sauterelles – grenouilles – serpents – aigles », grenouilles, serpents et aigles constituent des sous-niveaux successifs de consommateurs de second ordre.
Les zoophages se caractérisent par leurs adaptations spécifiques à leurs habitudes alimentaires. Par exemple, leurs pièces buccales sont souvent adaptées pour saisir et retenir des proies vivantes. Lorsqu’ils se nourrissent d’animaux dotés d’une enveloppe protectrice dense, des adaptations se développent pour les détruire.
Au niveau physiologique, les adaptations des zoophages s'expriment principalement dans la spécificité de l'action des enzymes « réglées » pour digérer les aliments d'origine animale.
ConsommateursIIIcommande.
Les connexions trophiques sont les plus importantes dans les biocénoses. Sur la base de ces connexions d'organismes dans chaque biocénose, on distingue ce qu'on appelle les chaînes alimentaires, résultant de relations alimentaires complexes entre les organismes végétaux et animaux. Les chaînes alimentaires réunissent directement ou indirectement un grand groupe d'organismes en un seul complexe, reliés les uns aux autres par la relation : aliment - consommateur. La chaîne alimentaire se compose généralement de plusieurs maillons. Les organismes du maillon suivant mangent les organismes du maillon précédent, et ainsi se produit un transfert en chaîne d'énergie et de matière, qui est à la base du cycle des substances dans la nature. À chaque transfert de liaison à liaison, une grande partie (jusqu'à 80 à 90 %) de l'énergie potentielle est perdue, dissipée sous forme de chaleur. Pour cette raison, le nombre de maillons (types) dans la chaîne alimentaire est limité et ne dépasse généralement pas 4 à 5.
Un diagramme schématique de la chaîne alimentaire est présenté sur la figure. 2.
Ici, la base de la chaîne alimentaire est constituée d'espèces - producteurs - d'organismes autotrophes, principalement des plantes vertes qui synthétisent la matière organique (elles construisent leur corps à partir d'eau, de sels inorganiques et de dioxyde de carbone, assimilant l'énergie du rayonnement solaire), ainsi comme le soufre, l'hydrogène et d'autres bactéries qui utilisent des substances organiques pour la synthèse des substances, l'énergie d'oxydation des produits chimiques. Les maillons suivants de la chaîne alimentaire sont occupés par les espèces consommatrices, des organismes hétérotrophes qui consomment des substances organiques. Les principaux consommateurs sont des animaux herbivores qui se nourrissent d'herbe, de graines, de fruits, de parties souterraines des plantes - racines, tubercules, bulbes et même de bois (certains insectes). Les consommateurs secondaires comprennent les carnivores. Les carnivores, à leur tour, sont divisés en deux groupes : ceux qui se nourrissent de petites proies en masse et les prédateurs actifs qui attaquent souvent des proies plus grosses que le prédateur lui-même. Dans le même temps, les herbivores et les carnivores ont un mode d’alimentation mixte. Par exemple, même avec l'abondance de mammifères et d'oiseaux, les martres et les zibelines mangent également des fruits, des graines et des pignons de pin, et les herbivores consomment une certaine quantité de nourriture animale, obtenant ainsi les acides aminés essentiels d'origine animale dont ils ont besoin. Au niveau du producteur, il existe deux nouvelles façons d'utiliser l'énergie. Premièrement, il est utilisé par les herbivores (phytophages), qui se nourrissent directement de tissus végétaux vivants ; d'autre part, ils consomment des saprophages sous forme de tissus déjà morts (par exemple lors de la décomposition des litières forestières). Les organismes appelés saprophages, principalement les champignons et les bactéries, obtiennent l'énergie nécessaire en décomposant la matière organique morte. Conformément à cela, il existe deux types de chaînes alimentaires : les chaînes de consommation et les chaînes de décomposition, Fig. 3.
Il convient de souligner que les chaînes alimentaires de décomposition ne sont pas moins importantes que les chaînes de pâturage. Sur terre, ces chaînes commencent par la matière organique morte (feuilles, écorces, branches), dans l'eau - par les algues mortes, les matières fécales et autres débris organiques. Les résidus organiques peuvent être entièrement consommés par les bactéries, les champignons et les petits animaux - les saprophages ; Cela libère du gaz et de la chaleur.
Chaque biocénose comporte généralement plusieurs chaînes alimentaires, qui dans la plupart des cas sont étroitement liées.
Pyramide écologique
Toutes les espèces qui forment la chaîne alimentaire existent sur la matière organique créée par les plantes vertes. Dans ce cas, il existe un modèle important associé à l’efficacité de l’utilisation et de la conversion de l’énergie dans le processus nutritionnel. Son essence est la suivante.
Seulement environ 0,1 % de l’énergie reçue du Soleil est liée au processus de photosynthèse. Cependant, grâce à cette énergie, plusieurs milliers de grammes de matière organique sèche pour 1 m2 et par an peuvent être synthétisés. Plus de la moitié de l'énergie associée à la photosynthèse est immédiatement consommée lors du processus de respiration des plantes elles-mêmes. L'autre partie est transportée à travers les chaînes alimentaires par un certain nombre d'organismes. Mais lorsque les animaux mangent des plantes, la majeure partie de l'énergie contenue dans les aliments est dépensée pour divers processus vitaux, se transformant en chaleur et se dissipant. Seulement 5 à 20 % de l'énergie alimentaire passe dans la substance nouvellement construite du corps de l'animal. La quantité de matière végétale qui sert de base à la chaîne alimentaire est toujours plusieurs fois supérieure à la masse totale des animaux herbivores, et la masse de chacun des maillons suivants de la chaîne alimentaire diminue également. Ce modèle très important est appelé règle de la pyramide écologique. La pyramide écologique, qui est une chaîne alimentaire : céréales - sauterelles - grenouilles - serpents - aigle, est représentée sur la Fig. 6.
La hauteur de la pyramide correspond à la longueur de la chaîne alimentaire.
La transition de la biomasse d'un niveau trophique inférieur à un niveau supérieur est associée à des pertes de matière et d'énergie. En moyenne, on estime que seulement 10 % environ de la biomasse et de l’énergie qui lui est associée passe d’un niveau à l’autre. Pour cette raison, la biomasse totale, la production et l'énergie, et souvent le nombre d'individus, diminuent progressivement à mesure qu'ils gravissent les niveaux trophiques. Ce modèle a été formulé par Ch. Elton (Ch. Elton, 1927) sous la forme d'une règle pyramides écologiques
(Fig. 4) et agit comme le principal limiteur de la longueur des chaînes alimentaires. 
Biomasse Et productivité de la biocénose
La quantité de matière vivante de tous les groupes d'organismes végétaux et animaux est appelée biomasse. Le taux de production de biomasse est caractérisé par la productivité de la biocénose. Une distinction est faite entre la productivité primaire - biomasse végétale formée par unité de temps lors de la photosynthèse, et la productivité secondaire - biomasse produite par les animaux (consommateurs) consommant des produits primaires. Les produits secondaires résultent de l'utilisation de l'énergie stockée par les autotrophes par les organismes hétérotrophes.
La productivité est généralement exprimée en unités de masse par an, exprimées en matière sèche par unité de surface ou de volume, qui varie considérablement selon les différentes communautés végétales. Par exemple, 1 hectare de pinède produit 6,5 tonnes de biomasse par an, et une plantation de canne à sucre produit 34 à 78 tonnes. En général, la productivité primaire des forêts. globe est la plus grande par rapport aux autres formations. Une biocénose est un complexe d'organismes historiquement établi et fait partie d'un complexe naturel plus général - un écosystème.
Structure spatiale des biocénoses.
La définition d'une biocénose comme un système d'espèces en interaction qui réalise un cycle de circulation biogénique prévoit le volume spatial minimum de ce niveau de biosystèmes. Ainsi, il est incorrect de parler de « biocénose d'une souche », de « biocénose d'un trou de gopher », etc., puisqu'un complexe d'organismes de ce niveau n'offre pas la possibilité d'un cycle complet de circulation. Mais cette approche ne limite pas le « seuil supérieur » du concept de biocénose : la circulation complète des substances peut se produire dans des limites spatiales à différentes échelles. R. Hesse (1925) a donné pratiquement le premier système de division de la biosphère en zones de vie subordonnées. Comme la plus grande unité, il a identifié biocycles : terre, plans marins et eaux sableuses. Ils sont divisés en biochores- de vastes zones spatiales du biocycle, couvrant une série de systèmes paysagers homogènes (désert, toundra, etc.). Plus tard, ce terme a été presque entièrement remplacé par celui introduit par L.S. Concept de Berg (1913, 1931) "zone paysagère". Ces deux divisions répondent aux critères formels d'une biocénose, mais ne sont pas considérées comme telles. Les limites spatiales de la biocénose correspondent au concept biotope- une division d'une biochore (zone paysagère), caractérisée par un seul type de couvert végétal (phytocénose). À cet égard, l'approche la plus claire se manifeste dans la formulation introduite par V.N. Le concept de « biogéocénose » de Sukachev : « La biogéocénose est un écosystème dans les limites d'une phytocénose » (E.M. Lavrenko, N.V. Dylis, 1968, p. 159). Dans la plupart des cas, l'idée de biocénose (écosystème) est précisément associée à cette échelle spatiale.
Les populations d'espèces au sein d'une biocénose sont naturellement localisées non seulement en surface, mais aussi verticalement en fonction des caractéristiques biologiques de chaque espèce. Grâce à cela, l'écosystème occupe toujours un certain espace tridimensionnel ; En conséquence, les relations interspécifiques ont non seulement une orientation fonctionnelle, mais aussi spatiale.
Dans les écosystèmes aquatiques, la structure verticale à grande échelle est déterminée principalement par les conditions externes. Dans la zone pélagique, les facteurs déterminants sont les gradients d'éclairement, la température, la concentration des nutriments, etc. Aux grandes profondeurs, le facteur de pression hydrostatique intervient dans les biocénoses de fond, s'ajoutent l'hétérogénéité des sols et l'hydrodynamique des couches d'eau inférieures ; à cela. Les caractéristiques de la structure verticale s'expriment dans la spécificité de la composition spécifique, les changements dans les espèces dominantes, la biomasse et les indicateurs de production. Ainsi, dans la partie nord-ouest de l'océan Pacifique, un changement vertical de dominance des espèces d'hydroméduses est clairement visible : dans la couche superficielle (50-300 m) Aglantha numériser, dans une couche de 500-1000 m - Crossota brune, et encore plus profond - Bottynéma bruceu. Dans les plans d'eau douce, les populations de larves de moustiques du genre Chaoborus, et au superficiel - gentil Sikh. Les algues photosynthétiques sont confinées aux horizons supérieurs, mieux éclairés, qui forment des flux verticaux de matière et d'énergie, reliant les communautés de la zone euphotique aux biocénoses des grands fonds, dont la vie repose sur la matière organique allochtone (apportée de l'extérieur) (A.S. Konstantinov, 1986).
Dans les écosystèmes terrestres, le principal facteur créant la structure verticale est de nature biologique et est associé à la division des communautés végétales selon la hauteur. Ceci s'exprime particulièrement clairement dans les phytocénoses forestières, dont la structure verticale s'exprime sous la forme Hiérarchisation. L'étage supérieur est représenté par les espèces d'arbres, suivi par les étages d'arbustes, d'arbustes nains, de plantes herbacées et de mousse au sol. DANS différents types Dans les forêts, ce schéma s'exprime différemment. Ainsi, dans les forêts de feuillus, on distingue plusieurs strates arborées, composées d'essences de hauteurs d'arbres différentes, ainsi qu'une strate de sous-bois (arbustes et arbres bas) ; la végétation herbacée peut également former 2-3 niveaux. La croissance des jeunes arbres forme des groupes qui changent de hauteur au fur et à mesure de leur croissance. Les parties souterraines des plantes forment à leur tour plusieurs niveaux.
Du point de vue de la biogéocénologie, une couche est un système matériel et énergétique complexe, sur la base duquel un certain nombre de composants verticaux élémentaires sont différenciés (N.V. Dylis et al., 1964).
La hiérarchisation s'exprime également dans les phytocénoses herbacées, déterminant la différenciation verticale de la répartition des animaux et des micro-organismes dans la partie aérienne de la communauté. Il a déjà été noté que la structure verticale des écosystèmes terrestres est étroitement liée à leur activité fonctionnelle : les chaînes de pâturage sont concentrées principalement dans la partie aérienne des biocénoses, et les chaînes de décomposition sont concentrées dans leur partie souterraine.
