§59. Основные показатели экосистем

Определения и обозначения

Видовое разнообразие — число видов в экосистеме и соотношение их представленности. Поэтому два сообщества с одинаковым числом видов могут различаться: в одном почти все особи могут принадлежать одному виду, а в другом виды представлены равномернее. Этот показатель помогает оценить сложность сообщества.

Численность — количество особей определённого вида на данной территории или в заданном объёме среды. Она показывает общий размер популяции в изучаемых границах. Если нужно сопоставить участки разной площади, используют плотность: число особей на единицу площади или объёма.

Биомасса — суммарная масса организмов или их групп в экосистеме, обычно рассчитанная на единицу площади или объёма. Её получают, складывая массы отдельных организмов или групп. Биомасса показывает запас живого вещества в выбранный момент, а не скорость его образования.

Продуктивность экосистемы — скорость образования органического вещества организмами за единицу времени. Первичная продуктивность относится к работе продуцентов, а вторичная — к образованию вещества организмами, использующими готовую органику. Это различие нужно, чтобы проследить создание вещества и его дальнейшее преобразование в сообществе.

Как это устроено

Одного показателя недостаточно, чтобы описать экосистему: большое число организмов само по себе не говорит о разнообразии видов или скорости образования органики. Биомасса может быть высокой, но продуктивность — небольшой, если запас организмов накапливался долго. Поэтому исследователи используют несколько характеристик одновременно. Вместе они позволяют отличить состав сообщества от его количественного состояния и изменений во времени.

Видовой состав и численность зависят от условий среды: температуры, влаги, освещённости, доступности пищи и убежищ. Видов, приспособленных к этим условиям, может быть много, а неблагоприятные условия ограничивают число видов и рост популяций. На численность также влияют конкуренция, хищничество, паразитизм и другие связи между организмами. Следовательно, показатель отражает не только свойства отдельных видов, но и результат их взаимодействия со средой и друг с другом.

Биомасса складывается из масс особей, входящих в популяцию или сообщество. Если известны численность и средняя масса особи, общую массу группы можно оценить умножением этих величин; при различиях между особями массы нужно суммировать точнее. Например, многочисленные мелкие организмы могут иметь меньшую биомассу, чем немногочисленные крупные. Поэтому численность и биомасса описывают разные свойства группы.

Первичная продукция возникает благодаря продуцентам — организмам, создающим органическое вещество из неорганических веществ. Растения и водоросли используют энергию света, а некоторые бактерии — энергию химических реакций. Полученная органика становится пищей и строительным материалом для других организмов. Скорость её образования за выбранный период и составляет первичную продуктивность.

Вторичная продукция образуется консументами и редуцентами, когда они используют готовое органическое вещество. Однако съеденная пища не целиком становится новой биомассой: часть не усваивается, а усвоенная часть расходуется на движение, дыхание, поддержание работы организма и другие процессы. При передаче вещества между трофическими уровнями доступный запас энергии уменьшается, поэтому вторичная продукция обычно ниже первичной. Её величина зависит и от количества пищи, и от эффективности её усвоения.

Основные показатели экосистем и способы их характеристики

При чтении таблицы сначала уточните, что именно измеряет показатель: состав, количество, запас или скорость образования вещества. Затем проверьте единицы: продуктивность всегда связана с интервалом времени, а плотность — с площадью или объёмом. Для сравнения экосистем нужны одинаковые условия измерения.

Разбор задач

В двух лесных участках обнаружено одинаковое число видов растений, но на первом резко преобладает один вид, а на втором виды представлены равномернее. Требуется сравнить видовое разнообразие, не ограничиваясь подсчётом списка видов. Поскольку число видов совпадает, решающим становится соотношение их представленности. Это показывает, зачем при оценке разнообразия учитывают не только видовое богатство.

1. Сравним число видов: оно одинаково на обоих участках, поэтому этот параметр не позволяет выбрать более разнообразный участок.
2. Оценим представленность: на первом участке один вид резко преобладает, а остальные встречаются заметно реже.
3. На втором участке виды распределены равномернее, значит, ни один из них не подавляет остальные по численности.

Ответ: видовое разнообразие выше на втором участке, поскольку при том же числе видов их представленность более равномерна. Для полного количественного сравнения могут потребоваться дополнительные данные о численности каждого вида.

На участке площадью 1 м² учтено 24 растения одного вида. Нужно найти плотность популяции и указать единицы. В условии уже дана площадь, поэтому общее количество особей можно перевести в количество на единицу площади. Такая величина позволяет сопоставлять участки, даже если их размеры отличаются.

1. Запишем численность: N = 24 растения.
2. Запишем площадь учёта: S = 1 м².
3. Найдём плотность: N / S = 24 / 1 = 24 растения на 1 м².

Ответ: плотность равна 24 растения/м². Здесь численность составляет 24 особи, а плотность сообщает, сколько растений приходится на единицу площади.

За сезон растения образовали 900 г органического вещества на 1 м², а консументы — 90 г на 1 м². По условию обе величины относятся к одному сезону, поэтому их можно сопоставить как продуктивность групп за этот период. Продуценты создают органику, а консументы производят новую биомассу из уже готовой пищи. Разница связана с передачей вещества и расходованием энергии.

1. Для растений запишем продуктивность за сезон: 900 г/(м²·сезон).
2. Для консументов используем те же единицы: 90 г/(м²·сезон).
3. Сравним результаты: 900 / 90 = 10, следовательно, указанная первичная продуктивность в десять раз выше вторичной.

Ответ: продуктивность растений равна 900 г/(м²·сезон), консументов — 90 г/(м²·сезон). Консументы получают органическое вещество с пищей, но часть не усваивается, а часть расходуется на жизнедеятельность, поэтому в их продукцию переходит лишь доля вещества и энергии.

Типичные ошибки

Ошибка — считать разнообразие только по числу видов. Так поступают, потому что видовое богатство легко определить простым подсчётом, но этот подсчёт игнорирует соотношение численности видов. Проверьте себя: сравните не только списки, но и представленность каждого вида. Если один вид резко преобладает, разнообразие может быть ниже при том же числе видов.

Ошибка — путать численность с плотностью популяции. Численность означает общее количество особей, а плотность всегда соотнесена с площадью или объёмом. Путаница возникает, когда в задаче сразу названы и число организмов, и размер участка. Для проверки укажите единицы: особи — численность, особи/м² или особи/м³ — плотность.

Ошибка — смешивать биомассу и продуктивность. Их легко перепутать, потому что обе величины могут выражаться через массу органического вещества. Но биомасса — запас в определённый момент, а продуктивность — скорость образования за время. Проверьте, есть ли в единицах временной интервал: если есть, речь идёт о продуктивности.

Ошибка — считать вторичной продуктивностью всю массу съеденной пищи. Такое рассуждение не учитывает неусвоенную пищу и затраты организма на дыхание, движение и поддержание жизненных процессов. В новую биомассу переходит только часть потреблённого вещества. Чтобы проверить расчёт, разделите понятия «потребление пищи» и «образование продукции».

Связь с другими темами

Для понимания показателей экосистем нужно знать, что такое популяция и сообщество, а также различать продуцентов, консументов и редуцентов. Понятие трофического уровня помогает проследить, как органическое вещество переходит от одной группы организмов к другой. На этих знаниях основано объяснение первичной и вторичной продуктивности. Показатели применяют при сравнении природных сообществ и оценке последствий деятельности человека.

Изменения численности, биомассы и видового разнообразия помогают заметить, как меняется экосистема под воздействием условий среды или человека. Продуктивность связывает её характеристики с потоками вещества и энергии. Поэтому совокупность показателей позволяет не только описывать сообщество, но и судить о направлении происходящих в нём изменений.

Что запомнить

• Экосистему характеризуют совокупностью показателей, а не одной величиной.
• Видовое разнообразие связано и с числом видов, и с соотношением их представленности.
• Численность показывает количество особей, а плотность — их количество на единицу площади или объёма.
• Биомасса — запас органического вещества организмов в определённый момент.
• Продуктивность характеризует образование органического вещества за единицу времени.
• Первичную продукцию создают продуценты, вторичную — организмы, использующие готовое органическое вещество.