Трофические цепи. Экологические пирамиды

В живой природе энергия — фундамент жизнедеятельности организмов (фотосинтез, АТФ). От энергетических процессов зависит интенсивность обмена веществ, биологическая продуктивность. Энергия — общая количественная мера различных форм движения материи, неукоснительно подчиняющихся закону ее сохранения, неуничтожимости и невозможности возникновения ни из чего, но только путем закономерного перехода из одной формы в другую.

Закон однонаправленности потока энергии следует из общего круговорота веществ, характерного для всех геосфер: атмосферы, гидросферы и так далее. Круговорот веществ — многократно повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ в природе, имеющий циклический характер. Он складывается из процессов круговорота отдельных химических элементов воды, газа и других веществ. Эти процессы не полностью °братнмы, так как происходит рассеивание веществ, изменение их состава, местной концентрации, а также деконцентрация.
Согласно закону однонаправленности потока энергии, энергия, получаемая сообществом (биоценозом экосистемы), усваивается продуцентами, рассеивается и необратимо передается вместе с их биомассой консументами I и II рода (животными травоядными и

плотоядными), а затем передается обратно редуцентами к продуцентам с последующим уменьшением потока энергии на каждом трофическом уровне. Уменьшение энергии происходит в результате различных процессов, например, сопровождаемых дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам и консументам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (не более 0,24%), то говорить о «круговороте энергии» нельзя.
Трофические уровни — цепи питания, всегда начинаются с растений или их остатков, прошедших через кишечник животных — это 1-й трофический уровень. Их потребители представляют 2-й трофический уровень. Примером цепей питания могут служить ряды:
растения -gt; гусеницы -» насекомоядные птицы -» хищные птицы,
растительный опад -» дождевые черви -gt; землеройки горностаи,
коровий помет -» личинки мух скворцы -» ястребы -» перепелятники.
Подсчитано, что на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи с биомассой теряется 90% энергии и только 10% переходит к очередному потребителю (рис. 11). Это правило передачи энергии в пищевых связях называется «правилом 10% ».
Графическое изображение трофической структуры экосистем — соотношения между продуцентами, консументами I, II порядков и выше (консументы III порядка — хищники), а также редуцентами в экосистеме, выраженное в единицах: массы (сырой биомассы, сухого ее веса) — пирамида биомасс, числа особей — пирамида чисел Элтона или энергии, заключенной в особях — пирамида энергий, определяет экологическую пирамиду.
В наземных экосистемах (пирамида биомасс) количественные показатели продуцентов по абсолютной величине и на единицу площади выше, чем консументов; консументов I порядка больше, чем коисументов II порядка и так далее. Поэтому графическая модель имеет вид пирамиды с широким основанием (рис. 11, 12). Пирамида состоит из прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников пропорциональна числу, биомассе, или энергии нзмеряе-

Рнс, 31
Пирамида продукции и поток энергии в экосистемах. Пирамида биомасс

лого объекта. Пирамиды чисел отражают пять организмов иа каждом трофическом уровне. Перевернутые пирамиды биомасс свойственны водным экосистемам.

Таким образом, соотношение производителей и потребителей пищи в экосистемах создает определенную трофическую структуру (рис.

12, табл. 3), в пределах которой происходит перенос и круговорот питательных веществ. В каждом звене трофической цепи большая часть энергии, поглощаемой с пищей, рассеивается в виде тепла (90%), обеспечивая другие процессы жизнедеятельности организмов данного уровня. Рассеянная энергия уже не может быть использована организмами, находящимися иа последующих уровнях. Эта закономерность проявляется двояким образом в структуре экосистем. Во-первых, число звеньев цепи (т. е. число трофических уровней) оказывается ограниченным и, как правило, не превышает 4—5. Во-вторых, биомасса коисументов I порядка в экосистеме меньше биомассы продуцентов и т. д.
Рассмотрим подробнее этот процесс. Трофическая структура начинается с фиксирования солнечной энергии в углеводах растения (этап 1), где связывается в ходе фотосинтеза в среднем около 1% энергии света. Углеводы расходуются на воспроизводство растений — построение протоплазмы и рост растений, т. е. часть энергии — 10%, остается в организмах и сохраняется в биомассе, часть энергии затрачивается на дыхание. Определенное количество веществ, созданных продуцентами, служит кормом фитофагам (гусеницы), расходуется ими иа дыхание, остальное количество

Виды пищи, употребляемой куницей	Количество, %	Виды пищи, употребляемой куницей	Количество, %
Белка	40	Птицы — всего	31
Лесные полевки, мыши	12	Глухарь	5
Землеройка	5	Куропатка	10
Яйца птиц	3	Рябчик	4
.Жуки, осы, кузнечики, улитки	5
Кедровый орех, ягоды, плоды шиповника	4	Тетерев	12

Таблица S

Пример трофической цепи

отмирает и перерабатывается редуцентами и выводится в виде выделений, таким образом, создается I пищевой уровень: расте- ния-gt;фитофаги-gt;редуценты. Следовательно, уже на первом этапе происходит значительная потеря энергии из пищевой цепи.
Усвоенная растениями энергия идет на поддержание жизнедеятельности животного. Животное, съевшее растение, получает энергию, сконцентрированную растением, не полностью (этап 2). Часть пищи не переваривается и выделяется в виде экскрементов, обычно усваивается от 20 до 60% растительного корма. Работа клеток и органов консументов I порядка сопровождается выделением тепла, поэтому значительная доля энергии пищи вскоре рассеивается в окружающее пространство. Лишь небольшая часть усвоенной пищи идет на рост, т. е. на построение новых тканей, на запасы в виде жиров; II пищевой уровень можно представить схемой: рас- теиия-хконсументы I порядка (например, заяц)^редуценты.
Плотоядное животное (консумент II порядка), съевшее растительноядное животное, представляет 3 этап и III трофический уровень: растения-gt;консументы I порядка (заяц)-жонсумент II порядка (лиса)-^редуценты. Оно получает только ту энергию, накопленную растением, которая задержалась в теле его жертвы в виде прироста.
Представителям IV трофического уровня (например, хищнику, поедающему подобного себе): расте ния-gt;з аяц—gt; лиса—ж он сумент III порядка-gt;коршун-»редуценты, достается только около 0,001 доли той энергии, усвоенной растением, с которой начиналась пищевая цепь. В итоге энергия в трофических уровнях быстро иссякает, и количество энергии, которое передается от растений до третичных плотоядных, составляет в целом 0,001%. Поэтому отдельные цепи питания в природе не могут иметь слишком много звеньев.

<< | >>

↑

Источник: Салова Т. Ю., Громова Н. Ю., Шкрабак В. С., Курмашев. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии. 2004

Еще по теме Трофические цепи. Экологические пирамиды:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -