Трофическая структура экосистемы, биология

Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга. Благодаря пищевым взаимоотношениям в экосистеме осуществляется трансформация биогенных веществ и энергии.

Последовательность питающихся друг другом организмов или пути, по которым осуществляется постоянный поток веществ и энергии, называют цепями питания или пищевой, трофической цепью.

Этот термин был предложен Чарльзом Элтоном (1934).

Цепи питания составляют трофическую структуру любой экосистемы. Каждая цепь состоит из нескольких звеньев, которые называются трофическим уровнем, последовательность которых соответствует потоку энергии.

  • Ø Первый трофический уровень − продуценты (автотрофные организмы, преимущественно зеленые растения).
  • Ø Второй трофический уровень − консументы первого порядка (растительноядные животные).
  • Ø Третий трофический уровень − консументы второго порядка (первичные хищники, питающиеся растительноядными животными).
  • Ø Четвертый трофический уровень − консументы третьего порядка (вторичные хищники, питающиеся плотоядными животными).

В пищевой цепи редко бывает больше 4−5 трофических уровней. Последний трофический уровень − редуценты (сапрофитные бактерии и грибы). Они осуществляют минерализацию – вращение органических остатков в неорганические вещества.

Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевую цепь на различных трофических уровнях. Например, человек, в рацион которого входят и растительная и животная пища, может явиться в разных пищевых цепях консументом первого, второго и третьего порядков.)

  1. Пищевые цепи состоят, как правило, из трех – пяти звеньев, например:
  2. растения овцы человек;
  3. растения кузнечики ящерицы орел;
  4. растения насекомые лягушки змеи орел.
  5. Различают два типа трофических пищевых цепей.

Ø Цепи выедания (или пастбищные) − пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям. Их примеры приведены на схеме ниже.

Ø Цепи разложения (или детритные) − пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, идут к мелким животным и микроорганизмам (в которых мёртвое вещество возвращается в кругооборот, минуя полное разложение). Например, листовой опад, может быть потреблен детритофагами – дождевыми червями, а те будут съедены птицами или другими хищниками (барсук), и питательные элементы, которые содержатся в детрите, будут повторно использованы, минуя стадию разложения.

Любая трофическая цепь питания заканчивается редуцентами.

Трофическая структура экосистемы, Биология

Трофическая структура экосистемы

Трофическая структура экосистемы, Биология

Каждая экосистема имеет собственное материально-энергетическое хозяйство и определенную функциональную структуру.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различаемые по способу питания:

Автотрофы («самопитающие») — организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ — двуокиси углерода и воды — посредством процессов фотосинтеза (фотоавтотрофы) и хемосинтеза (хемоавтотрофы).

Фотоавтотрофы (зеленые растения и некоторые бактерии) в процессе жизнедеятельности синтезируют на свету органические вещества.

Хемоавтотрофы (нитрифицирующие бактерии, серобактерии и т.д.) используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях окисления водорода, серы, сероводорода, аммиака и др., и синтезируют органические вещества.

Гетеротрофы («питающиеся другими») — организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные,грибы и большая часть бактерий. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они также подразделяются на несколько категорий: консументов, детритофагов и редуцентов.

Консументы — потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:

  • растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь,овца, олень, слон);
  • плотоядные животные (зоофаги),поедающие других животных, — различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);
  • паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина, это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;
  • симбиотрофы — бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с тем и жизненно важные для него трофические функции, например мицелиальные грибы микоризы, участвующие в корневом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее переваримость и усвоение поедаемой растительной пищи.

Детритофаги, или сапрофаги — организмы, питающиеся мертвым органическим веществом — остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные — все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

  • Редуценты — бактерии и низшие грибы — завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.
  • Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии.
  • Строение и функции биосферы > Трофические цепи и трофические уровни >

Сохранить или поделиться с друзьями Уважаемые студенты! Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам: ✔ Решение задач ✔ Выполнение учебных работ ✔ Помощь на экзаменах

Трофическая структура

Пищевые цепи не отделены одна от другой, они очень переплетены. Их переплетение можно называть пищевой сетью.

Замечание 1

В природном сообществе некоторые организмы, которые получают пищу от растительности через равное число этапов, относят к одному трофическому уровню.

Справедливо отметить, что данная трофическая классификация распределяет по группам не сами виды, а типы их жизнедеятельности; популяция данного вида будет занимать один и более трофических уровней, это зависит от того, какие источники энергии она использует.

В каждой экосистеме можно отметить некоторое число трофических звеньев или уровней. Самый первый уровень изображен продуцентами, а второй и следующие уровни представлены консументами. Последний уровень главным образом образован грибами и микроорганизмами, которые питаются мертвым органическим соединением (редуцентами).

Их главная функция в экосистеме – осуществлять распад органических соединений до начальных минеральных элементов. Взаимосвязанный ряд трофических уровней и является трофической цепью или цепью питания.

Надо отметить, что цепь питания не все время бывает полной. Во-первых, возможно отсутствие продуцентов (растения). Данные цепи питания свойственны для сообществ, вырабатывающиеся на базе распада растительных или животных остатков, например, скапливающихся в лесах на почве (лесная подстилка).

Во-вторых, в цепях питания могут отсутствовать (либо находится в очень малом количестве) гетеротрофы (животные). Например, в лесах отмирающие растения или их части (ветви, листья и др.), т.е. продуценты, сразу включаются в звено редуцентов.

  • В природном сообществе некоторые организмы, которые получают пищу от растительности через равное число этапов, относят к одному трофическому уровню.
  • Трофическая (пищевая) цепь – ряд организмов определенного, который отражает передвижение органических веществ в экосистеме и находящейся в ней биохимической энергии, получаемой в результате питания организмов.
  • Справедливо отметить, что данная трофическая классификация распределяет по группам не сами виды, а типы их жизнедеятельности; популяция данного вида будет занимать один и более трофических уровней, это зависит от того, какие источники энергии она использует.
  • Относительная роль пищевых цепей в экосистеме определяется величиной потока энергии, поступающей в ту или иную цепь, и эффективностью ее использования трофическими уровнями
  • Количество энергии, поступающей в ту или иную пищевую цепь, определяет так называемую трофическую структуру сообщества, а именно: число трофических уровней (длину пищевой цепи), относительную влажность пастбищного и детритного пути переноса энергии, стационарные величины биомассы и детрита, а также скорость круговорота минеральных соединений в экосистеме. Однако это зависит не только оттого, сколько энергии поступает в пищевую цепь (на входе в нее), но и оттого, насколько эффективно она используется при прохождении ее по трофическим уровням

Определение 1

Трофическая структура экосистемы — устройство экосистемы, которое сформированно на пищевых связях популяций

Характеристика для трофической структуры экосистем – отношение числа организмов находящихся на разных трофических уровнях, отношение конфигураций с разными образами питания, количество трофических связей и т.д.

Пищевая структура является самой простой, если все особи с этого трофического уровня относятся к одной и той же пищевой группе или же виды с других трофических группировок представляют в нем крайне незначительную роль.

Самая сложная трофическая структура экосистем те, в которых конфигурации с неодинаковыми образами питания бесчисленны и показаны подобной числом особей.

Трофическая структура экосистемы — электронная энциклопедия

Исходя из того, что одним из главных свойств экосистемы как целостного образования являются круговорот вещества и потоки энергии, наиболее важным критерием ее структуры и функционирования считают пищевые взаимоотношения популяций, характер трофики (от гр. trophe – питание).

Читайте также:  Моя лаборатория Заболевание органов дыхания, их профилактика

В зависимости от выполняемых функций в отношении питания все популяции разделяют на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты.

Каждый биоценоз в экосистеме включает представителей всех трех трофических групп, хотя эти группы состоят из различных популяций организмов и имеют различный видовой состав.

Все организмы, выполняющие в экосистеме (биоценозе) одинаковые трофические функции, составляют определенный трофический уровень.

Первый трофический уровень образуют автотрофные организмы (автотрофы). Они создают уровень первичной продукции и являются первичными продуцентами.

Именно они утилизируют внешнюю энергию солнца, создают массу органического вещества (биомассу), являются основой существования жизни вообще и биоценоза в частности.

К числу первичных продуцентов относятся растения, фотоавтотрофные бактерии, а также некоторые хемосинтезирующие бактерии.

В отличие от растений бактерии, грибы и животные не способны строить свое тело из простых химических веществ: им для этого необходимы более сложные органические вещества, богатые энергией.

Они получают энергию, питаясь растениями или другими организмами, которые тоже питаются растениями и по характеру питания являются гетеротрофами.

Таким образом, они строят свое тело за счет автотрофных организмов, а также организмов, питающихся автотрофами. Их относят к вторичным продуцентам.

Эту группу организмов объединяют во второй трофический уровень, который представлен консументамн. Консументы иногда называют также трансформаторами, гетеротрофами или фаготрофами (от гp. phagos – пожиратель).

Гетеротрофы в основном представлены животными, бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения органических веществ, разложения мертвых тканей. Образующиеся в результате жизнедеятельности гетеротрофов простые неорганические соединения усваиваются автотрофами.

Консументы выделяют различные биологически активные вещества, стимулирующие или угнетающие другие организмы. В этой группе выделяют несколько порядков: консументы первого порядка, второго

порядка и т. д.

Третья группа организмов, обеспечивающая в экосистеме функционирование биоценоза, – редуценты. Это группа организмов, разлагающих отходы жизнедеятельности и отмершие организмы до минеральных веществ. Однако минерализация органических веществ осуществляется не только редуцентами (бактериями, простейшими, грибами), но и консументами – растениями и животными в процессе метаболизма. Наряду

с минеральными солями они выделяют в окружающую среду диоксид углерода и воду, которые являются конечными продуктами метаболизма.

Обычно по мере увеличения количества органического вещества в среде одновременно увеличивается и число организмов, которые его минерализуют, причем этот процесс всегда идет с опозданием. Однако эта закономерность прослеживается не всегда.

Если химические вещества обладают токсическими свойствами, редуценты могут не справиться с очисткой от загрязнения, нарушаются процессы самоочищения, что отрицательно сказывается на устойчивости экосистемы и приводит к ее преобразованию.

В зонах загрязнения происходит упрощение трофической структуры, разнообразия типов питания в сообществах, снижается видовое разнообразие. По мере упрощения структуры и увеличения роли эврибионтных видов возрастает биомасса сообществ.

Выявлены четкие связи между показателями структуры (индекс разнообразия) и функции водных сообществ: первичной продукцией, биомассой, суммарными тратами на обмен и т. д.

Таким образом, соотношение организмов в группах и стабильность экосистем существенно зависят от деятельности человека.

Видовой состав групп продуцентов, консументов и редуцентов может быть различным, что зависит не только от типа экосистемы (например, наземной или водной), географического положения, но и от взаимоотношений организмов.

Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет цепь питания, или трофическую цепь. Главное свойство цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии. Важно подчеркнуть, что цепь питания не всегда может быть полной. В ней могут отсутствовать растения (продуценты).

Такая цепь питания характерна для сообществ, формирующихся на базе разложения животных или растительных остатков, например, накапливающихся в лесах на почве (лесная подстилка). В цепи питания часто отсутствуют или представлены небольшим количеством консументы I порядка. Например, в лесах отмирающие растения или их части (ветви, листья и др.

) сразу включаются в звено редуцентов, которые завершают круговорот.

Таким образом, последовательность организмов, в которой каждый предыдущий организм служит пищей последующему, называется пищевой цепью. Каждое звено такой цепи представляет трофический уровень (растения, фитофаги, хищники I порядка, хищники II порядка и т. д.).

Различают два типа пищевых цепей: пастбищные (автотрофные), в которых в качестве первого звена выступают растения (трава – корова – человек; трава – заяц – лисица; фитопланктон – зоопланктон – окунь – щука и др.), и детритные (гетеротрофные),в которых первое звено представлено мертвым органическим веществом, которым питается детритофаг (опавший лист – дождевой червь – скворец – сокол).

Число звеньев в пищевых цепях может быть от одного-двух до пяти-шести. Пищевые цепи в водных экосистемах, как правило, более длинные, чем в наземных.

Поскольку большинство организмов имеет широкую диету (т. е. могут использовать в пищу организмы разных видов), то в реальных экосистемах функционируют не пищевые цепи, а пищевые сети. По этой причине пищевая цепь – это упрощенное выражение трофических отношений в экосистеме.

  • Эффективность передачи энергии по пищевой цепи зависит от двух показателей:
  • 1) полноты выедания (доли организмов предшествующего трофического уровня, которые были съедены живыми);
  • 2) эффективности усвоения энергии (удельной доли энергии, которая перешла на следующий трофический уровень в пересчете на каждую единицу съеденной биомассы).

Полнота выедания и эффективность усвоения энергии возрастают с повышением трофического уровня и меняются в зависимости от типа экосистемы. Так, в лесной экосистеме фитофаги потребляют менее 10 % продукции растений (остальное достается детритофагам), а в степи – до 30 %.

В водных экосистемах выедание фитопланктона растительноядным зоопланктоном еще выше – до 40 %.

Этим объясняются основные краски Земли на космических снимках: леса зеленые именно потому, что фитофаги съедают мало фитомассы, а океан голубой, оттого что фитофаги выедают достаточно много фитопланктона.

С повышением трофического уровня полнота выедания еще более возрастает, хищники высших порядков выедают до 90 % своих жертв, поэтому доля животных, которым удается дожить до естественной смерти, очень невелика.

В водных экосистемах, к примеру, в детрит переходит 100 % биомассы хищных рыб (их есть некому, и плотность популяции контролируют только паразиты), но лишь 1/4 часть биомассы планктоноядных рыб, которые умерли «своей смертью». Этот детрит опускается на дно.

Часть его поедается детритофагами бентоса, а остальная – попадает в донные осадки. Доля детрита, поступающего в осадки, тем больше, чем выше продуктивность водной экосистемы.

При оценке коэффициента усвоения энергии в пищевых цепях часто используют «число Линдемана»: с одного трофического уровня на другой в среднем передается 10 % энергии, а 90 % – рассеивается. Однако это «число» чрезмерно упрощает и даже искажает реальную картину.

«Закон 10 %» действует только при переходе энергии с первого трофического уровня на второй и то не во всех случаях. Эффективность усвоения энергии в следующих звеньях пищевой цепи – от фитофагов к зоофагам или к хищникам высших порядков – может достигать 60 %.

Высокой эффективностью усвоения энергии в «плотоядных» звеньях пищевых цепей объясняется сравнительно небольшое количество экскрементов хищников и ограниченность состава сапротрофов (редуцентов, копрофагов), питающихся ими.

Основная фауна копрофагов связана с экскрементами растительноядных животных.

Кстати, о том, что при хищничестве эффективность усвоения энергии выше, чем при фитофагии, знает каждый из личного опыта: вегетарианский обед из овощей или картофеля велик по объему, но малокалориен, а сравнительно небольшой по весу бифштекс утолит голод и надолго обеспечит ощущение сытости.

Таким образом, в пищевой цепи на каждом следующем трофическом уровне относительное количество передаваемой энергии возрастает, так как одновременно увеличивается и потребление живой биомассы, и ее усвоение (уменьшается доля биомассы, которая возвращается в экосистему с экскрементами).

Поведение энергии подчиняется действию первого и второго законов термодинамики. Первый закон (сохранения энергии) – о сохранении ее количества при переходе из одной формы в другую.

Энергия не может появиться в экосистеме сама собой, она поступает в нее извне с солнечным светом или вследствие химических реакций и усваивается продуцентами.

Далее она будет частично использована консументами и симбиотрофами, «обслуживающими» растения, частично – редуцентами, которые разлагают мертвые части растений, и частично – затрачена на дыхание.

Читайте также:  Цветок: строение - биология

Если суммировать все эти фракции расхода энергии, усвоенной растениями в фотоавтотрофной экосистеме, то сумма будет равна той потенциальной энергии, которая накоплена при фотосинтезе. Второй закон – о неизбежности рассеивания энергии (т. е. снижения ее «качества») при переходе из одной формы в другую. В соответствии с этим законом энергия теряется при ее передаче по пищевым цепям. В наиболее общем виде эти потери отражает «число Линдемана».

Как было отмечено, от каждого предыдущего уровня до следующего доходит лишь 10 % энергии, поэтому функциональные взаимосвязи, т. е. трофическая структура, и представляются в виде пирамиды. Основанием экологических пирамид служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа построения экологических пирамид:

1) пирамида чисел (пирамида Элтона), отражающая численность организмов на каждом уровне;

2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества (вес, калорийность и т. д.);

3) пирамида продукции (или энергии), показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последующих трофических уровнях.

Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: число особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается.

В основе этой закономерности лежит, во-первых, тот факт, что для уравновешивания массы большого тела необходимо много маленьких тел; во-вторых, от низших трофических уровней к высшим теряется количество энергии и, в-третьих, – обратная зависимость метаболизма от размера особей (чем мельче организм, тем интенсивнее обмен веществ, тем выше скорость роста их численности и биомассы).

Пирамида биомассы. Поскольку пирамиды численности сильно различаются по форме в разных экосистемах, то численность лучше приводить в табличной форме, а в графической – биомассу.

Пирамида биомассы четко указывает на количество всего живого вещества на данном трофическом уровне, например, в единицах массы на единицу площади – г/м2 (ц/га) или на объем – г/м3 и т. д.

В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомассы: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Биомасса всей цепочки изменяется с изменениями величины чистой продукции.

Отношение годового прироста к биомассе экосистемы невелико: в лесах разных географических зон оно колеблется от 2 до 6 %, и только в луговых растительных сообществах может достигать 40–55 %, а в отдельных случаях – в полупустынях – 70–75 %.

В некоторых случаях пирамиды численности и пирамиды биомассы могут иметь перевернутый вид. Например, пирамида численности имеет маленькое основание, если много мелких листогрызущих насекомых кормится на одном дереве.

Пирамида биомасс иногда тоже имеет меньшее основание, например в водоемах, когда единовременно взятые пробы фитопланктона и зоопланктона отличаются по массе, причем масса фитопланктона может быть в несколько раз меньше массы зоопланктона.

Это объясняется более высокой продуктивностью фитопланктона, т. е. скоростью накапливания биомассы.

Самым фундаментальным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и функциональной организации биоценозов является пирамида энергий, в которой размер прямоугольников пропорционален энергетическому эквиваленту в единицу времени, т. е. количеству энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за принятый период. К основанию пирамиды энергии можно обоснованно добавить снизу еще один прямоугольник, отражающий поступление энергии солнца.

Пирамида энергий отражает динамику прохождения массы пищи через пищевую (трофическую) цепь, что принципиально отличает ее от пирамид численности и биомасс, отражающих статику системы (количество организмов в данный момент).

На форму этой пирамиды не влияют изменения размеров и интенсивности метаболизма особей.

Если учтены все источники энергии, то пирамида всегда будет иметь типичный вид (в виде пирамиды вершиной вверх) согласно второму закону термодинамики.

Пирамиды энергий позволяют не только сравнивать различные биоценозы, но и выявлять относительную значимость популяций в пределах одного сообщества. Они являются наиболее полезными из трех типов экологических пирамид, однако получить данные для их построения труднее всего.

Самая удобная и увлекательная подготовка к ЕГЭ

Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определённых отношениях, образуя тем самым так называемые экологические системы.

Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определённой территории. Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный — зооценозом, микробный — микробоценозом.

Ведущим компонентом в биоценозе является фитоценоз. Он определяет, каким будет зооценоз и микробоценоз.

Биотоп — определённая территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).

Биогеоценоз — совокупность биоценоза и биотопа.

Экосистема — система живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ.

Термин экосистема был предложен английским учёным А. Тенсли (1935), а термин биогеоценоз — российским учёным В. Н. Сукачевым (1942). «Экосистема» и «биогеоценоз» — понятия близкие, но не синонимы.

Биогеоценоз — это экосистема в границах фитоценоза. Экосистема — понятие более общее. Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Единая экосистема нашей планеты называется биосферой.

Биосфера — экосистема высшего порядка.

Структура и функционирование экосистем

Различают видовую, пространственную и экологическую структуры биоценоза.

Видовая структура — число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. То есть видовая структура биоценоза определяется видовым разнообразием и количественным соотношением числа видов или их массы между собой.

Пространственная структура — распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Пространственная структура образуется, прежде всего, растительной частью биоценоза. Различают ярусность (вертикальная структура биоценоза) и мозаичность (структура биоценоза по горизонтали).

Экологическая структура — соотношение организмов разных экологических групп. Биоценозы со сходной экологической структурой могут иметь разный видовой состав. Это связано с тем, что одни и те же экологические ниши могут быть заняты сходными по экологии, но далеко не родственными видами. Такие виды называются замещающими, или викарирующими.

Любая популяция занимает определённое местообитание и определённую экологическую нишу. Местообитание — это территория, занимаемая популяцией, с комплексом присущих ей экологических факторов.

Экологическая ниша — место популяции в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе (например, трофический статус) и его положение относительно абиотических условий существования (температуры, влажности и т. п.).

Местообитание — это как бы «адрес» организма, а экологическая ниша — это его «профессия».

Функциональные группы организмов в экосистеме

Группа Характеристика Организмы
Продуценты Автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез Растения и автотрофные бактерии
Консументы Гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов Животные, гетеротрофные растения, некоторые микроорганизмы
Редуценты Гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ Сапротрофные бактерии и грибы

Пищевые цепи и сети. Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания.

Цепь питания — последовательность организмов, по которой передаётся энергия, заключённая в пище, от её первоначального источника. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем.

В пищевой цепи редко бывает больше 4–5 трофических уровней.

Трофические уровни в цепи питания

Уровень Группа организмов Организмы
Первый Продуценты Автотрофные организмы, преимущественно зелёные растения
Второй Консументы первого порядка Растительноядные животные
Третий Консументы второго порядка Первичные хищники, питающиеся растительноядными животными
Четвёртый Консументы третьего порядка Вторичные хищники, питающиеся плотоядными животными
Последний Редуценты Сапротрофные бактерии и грибы, осуществляющие минерализацию — превращение органических остатков в неорганические вещества

Типы пищевых цепей

Тип Характеристика Примеры
Цепи выедания (или пастбищные) Пищевые цепи, начинающиеся с живых фотосинтезирующих организмов Фитопланктон → зоопланктон → рыбы микрофаги → рыбы макрофаги → птицы ихтиофаги
Цепи разложения (или детритные) Пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных Детрит → детритофаги → хищники микрофаги → хищники макрофаги

Таким образом, поток энергии, проходящий через экосистему, разбивается как бы на два основных направления. Энергия к консументам поступает через живые ткани растений или через запасы мертвого органического вещества. Цепи выедания преобладают в водных экосистемах, цепи разложения — в экосистемах суши. В сообществах пищевые цепи сложным образом переплетаются и образуют пищевые сети. В состав пищи каждого вида входит обычно не один, а несколько видов, каждый из которых, в свою очередь, может служить пищей нескольким видам. С одной стороны, каждый трофический уровень представлен многими популяциями разных видов, с другой стороны, многие популяции принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням. В результате благодаря сложности пищевых связей выпадение какого-то одного вида часто не нарушает равновесия в экосистеме.

Читайте также:  Пищеварительная и половая системы. Органы выделения и кожные покровы

Поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами.

Выделенные в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы автотрофами для синтеза органических веществ.

Так осуществляется биологический круговорот веществ. В то же время энергия не может циркулировать в пределах экосистемы. Поток энергии (передача энергии), заключенной в пище, в экосистеме осуществляется однонаправлено от автотрофов к гетеротрофам.

При передаче энергии с одного трофического уровня на другой большая часть энергии рассеивается в виде тепла (в соответствии со вторым законом термодинамики) и только около 10 % от первоначального количества передаётся по пищевой цепи.

В результате пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид. Различают три основных типа экологических пирамид.

Пирамида чисел (а) показывает, что если бы мальчик питался в течение одного года только телятиной, то для этого ему потребовалось бы 4,5 телёнка, а для пропитания телят необходимо засеять поле в 4 га люцерной, что составит 2 х 107 растений. В пирамиде биомасс (б) число особей заменено их биомассой. В пирамиде энергии (в) учтена солнечная энергия.

Люцерна использует 0,24 % солнечной энергии. Для накопления продукции телятами в течение года используется 8 % энергии, аккумулированной люцерной. На развитие и рост ребёнка в течение года используется 0,7 % энергии, аккумулированной телятами.

В результате чуть более одной миллионной доли солнечной энергии, падающей на поле в 4 га, используется для пропитания ребёнка в течение одного года.

Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение численности организмов от продуцентов к консументам.

Пирамида биомасс показывает изменение биомасс на каждом следующем трофическом уровне: для наземных экосистем пирамида биомасс сужается кверху, для экосистемы океана имеет перевёрнутый характер, что связано с быстрым потреблением фитопланктона консументами.

Пирамида энергии (продукции) имеет универсальный характер и отражает уменьшение количества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.

Прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу времени, называется биологической продукцией (продуктивностью). Различают первичную и вторичную продукцию сообщества. Первичная продукция — биомасса, созданная за единицу времени продуцентами. Она делится на валовую и чистую.

Валовая первичная продукция (общая ассимиляция) — это общая биомасса, созданная растениями в ходе фотосинтеза. Часть её расходуется на поддержание жизнедеятельности растений — траты на дыхание (40–70%).

Оставшаяся часть составляет чистую первичную продукцию (чистая ассимиляция), которая в дальнейшем используется консументами и редуцентами или накапливается в экосистеме. Вторичная продукция — биомасса, созданная за единицу времени консументами. Она различна для каждого следующего трофического уровня.

Масса организмов определённой группы (продуцентов, консументов, редуцентов) или сообщества в целом называется биомассой. Самой высокой биомассой и продуктивностью обладают тропические дождевые леса, самой низкой — пустыни и тундры.

Если в экосистеме скорость прироста растений (образования первичной продукции) выше темпов переработки её консументами и редуцентами, то это ведёт к увеличению биомассы продуцентов.

Если при этом присутствует недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения, то происходит накопление мёртвого органического вещества. Это ведёт к заторфовыванию болот, образованию мощной лесной подстилки и т. п. В стабильных экосистемах биомасса остаётся постоянной, так как практически вся продукция расходуется в цепях питания.

Динамика экосистем

Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.

Циклические изменения — периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Поступательные изменения — изменения в биоценозе, в конечном счёте приводящие к смене этого сообщества другим.

Сукцессия — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (экосистемы) другим(-ой) в результате влияния природных факторов (как внешних, так и внутренних) или воздействия человека.

Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в сукцессии, называется сукцессионный ряд, или серия. Каждая предыдущая стадия (сообщество) формирует условия для развития последующего сообщества. К сукцессиям относятся опустынивание степей, зарастание озёр и образование болот и др. (табл.)

Типы сукцессий

Тип Характеристика Примеры
В зависимости от участия человека
Природные Происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека Появление пруда в результате деятельности бобров; восстановление биоценоза после пожара, вызванного естественными причинами
Антропогенные Обусловлены деятельностью человека Эвтрофикация (зарастание) водоёма в результате попадания в него азотных и фосфорных удобрений с сельскохозяйственных полей; восстановление биоценоза после пожара, вызванного человеком
В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия
Первичные Развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами Развиваются на скалах, обрывах, застывшей лаве, сыпучих песках, отмелях, в новых водоёмах
Вторичные Происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения В результате вырубки леса, пожара, распашки, осушения, орошения земель
В зависимости от причин, вызвавших сукцессию
Аутогенные (самопорождающиеся) Возникают вследствие внутренних причин (изменения среды под действием сообщества) Регулярно-периодическое выгорание калифорнийской и австралийской чапарали в результате формирования огнеопасной среды
Аллогенные (порожденные извне) Вызваны внешними причинами Опустынивание степей в результате изменения климата (уменьшения количества осадков)

В своём развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока. Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным.

Природные экосистемы

В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд типов природных экосистем (биомов). В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности, для водных экосистем — гидрологические и физические особенности. Наземные экосистемы: 1. Тундра: арктическая и альпийская.

2. Бореальные хвойные леса. 3. Листопадный лес умеренной зоны. 4. Степь умеренной зоны. 5. Тропические злаковники и саванна. 6. Чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом). 7. Пустыня: травянистая и кустарниковая. 8. Полувечнозелёный тропический лес (районы с выраженными влажным и сухим сезонами). 9. Вечнозелёный тропический дождевой лес.

Пресноводные экосистемы:

1. Лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохранилища и др. 2. Лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др. 3. Заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга).

Морские экосистемы:

1. Открытый океан (пелагическая экосистема). 2. Воды континентального шельфа (прибрежные воды). 3. Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством). 4. Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, лиманы, солёные марши и др.). 5. Глубоководные рифтовые зоны.

Помимо основных типов природных экосистем (биомов) различают переходные типы — экотоны. Например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь, полупустыни и др.

Антропогенные экосистемы

Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) — искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища). Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов (урожая).

В них, так же как в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т. д.) и редуценты (сапротрофные грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек.

Отличия агроценозов от естественных биоценозов: • незначительное видовое разнообразие (агроценоз состоит из небольшого числа видов, имеющих высокую численность); • короткие цепи питания; • неполный круговорот веществ (часть питательных элементов выносится с урожаем); • источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека (мелиорация, орошение, применение удобрений); • искусственный отбор (действие естественного отбора ослаблено, отбор осуществляет человек); • отсутствие саморегуляции (регуляцию осуществляет человек) и др. Таким образом, агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека.

Урбосистемы (урбанистические системы) — искусственные системы (экосистемы), возникающие в результате развития городов и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т. д.

Ссылка на основную публикацию