Функционирование экосистем (пищевые цепи)

Перенос энергии пищи от ее источника - продуцента через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой или трофической цепью. Этот термин предложен Ч. Элтоном.

В результате последовательности превращений энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую структуру.

Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанных на единицу площади в единицу времени. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.

Графически трофическую структуру сообщества представляют в виде пирамиды. Основанием пирамиды служит первый трофический уровень - уровень продуцентов, а последующие уровни образуют следующие этажи пирамиды. При этом высота всех блоков-этажей - одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне (рис.).

 

 

В зависимости от того, количественное соотношение каких величин отражает пирамида, она называется пирамидой чисел, биомасс или энергий.

Пирамида энергий является наилучшим графическим изображением трофической структуры экосистемы, поскольку она отражает динамику системы, то есть скорость прохождения энергии через пищевую цепь.

Пирамиды чисел и биомасс отражают статику системы, то есть характеризуют количество или биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информации о трофической структуре экосистемы, хотя также позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем. Пирамида чисел позволяет, например, рассчитывать допустимую численность отстрела животных в охотничий период без последствий для нормального функционирования экосистемы.

Из количественных оценок, связанных с энергией, для трофических цепей известно правило десяти процентов: с одного трофического уровня экологической пирамиды энергий на другой в среднем переходит около 10 % энергии, поступающей на предыдущий уровень. Вся остальная энергия (около 90%) расходуется на различные процессы жизнедеятельности и переходит в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающее пространство. Таким образом, количество энергии, получаемой в процессе обмена веществ (метаболизма) на каждом трофическом уровне, уменьшается по мере переноса энергии с одного уровня на другой по пищевой цепи (рис.).

 

 

Рис.- Экологические пирамиды (сравнение пирамид чисел, биомассы и энергии для гипотетической пищевой цепи люцерна-скот-человек (на 4 га).

где - Р - продуценты, С1 и С2 - консументы 1-го и 2-го порядков.

Для природных трофических цепей можно построить пирамиды чисел и биомасс, для построения пирамиды энергий часто не хватает исходных данных.

Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют цепями выедания или пастбищными цепями (трава - мышь - сова - ястреб). Цепи, которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, называют цепями разложения, или детритными цепями (перегной - жук-навозник - ворона - ястреб).

Цепи питания (трофические цепи) могут разветвляться, если один из его участников может питаться несколькими видами пищи, образовывая трофические сети. В природе они случаются чаще, чем трофические цепи, обеспечивая тем самым большую стойкость экосистем в случае изменения условий среды.