1. Солнечное излучение

А. Естественный путь:

Б. Искусственный путь:

......................................................................................................................................................

2. Внутреннее тепло Земли

А. Естественный путь:

Б. Искусственный путь:

......................................................................................................................................................

3. Энергия ..........................................

Б. Искусственный путь:

......................................................................................................................................................

Задание 8.3

Дополните схему и дайте ответы на вопросы. Энергия – наиболее универсальная валюта в биосфере. Начальным капиталом в этой валюте обладают только продуценты (первичная продукция). Памятуя о законе Б. Коммонера: «ничто не даётся даром (за всё надо платить)», обоснуйте, за что и кому платят продуценты (деревья, например).

Почему в ходе эволюции не сформировались растения (продуценты) с абсолютно ядовитой (несъедобной) фитомассой?

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

Какие «приёмы защиты» собственной фитомассы применяют растения (продуценты)?

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

Глава IX Трофическая структура экосистемы (тема 9)

9.1. Трофическая структура экосистемы (конспект лекции и хрестоматия)

Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни

Тропические растения служат кормом для оленей, которыми, в свою очередь, питаются ягуары (рис. 9.1). Подобным образом формируются так называемые пищевые цепи (цепи питания, трофические цепи). Стрелки на схеме пищевой цепи обычно показывают направление перемещения биологической продукции. Пищевая (трофическая) цепь – последовательный, ступенчатый перенос продукции (вещества и энергии) от продуцентов через ряд организмов, происходящий путем поедания биомассы одних организмов другими.

Сложное переплетение пищевых цепей в экосистеме образует пищевые сети. Весь ряд организмов (популяций) в пищевой сети экосистемы можно представить в виде совокупности взаимосвязанных блоков (рис. 9.1 – 9.3), в которой продукция передаётся от автотрофов (продуцентов) гетеротрофам (консументам и редуцентам).

Трофическая структура экосистем, функционирующих многие столетия и тысячелетия, должна быть выстроена даже не с математической, а с экологической точностью. Хищники, полностью уничтожившие популяции своих жертв, и травоядные, уничтожившие популяции растений, неизбежно и сами были обречены на вымирание. Невообразимое количество «негодных» или даже «менее удачных» сочетаний продуцентов, консументов и редуцентов, образующих биотические сообщества, в ходе естественного отбора были попросту безжалостно уничтожены. Поэтому нет ничего удивительного в том, что строгие ограничения, налагаемые законами термодинамики, давно «учтены» в природных экосистемах.

Первое ограничение связано с законом сохранения энергии – зелёные растения (фотоавтотрофы) не создают энергию «из ничего», они лишь трансформируют солнечную энергию в химическую энергию органических веществ. Поэтому продуктивность экосистем ограничена количеством энергии, поступающим от Солнца в единицу времени на единицу площади земной (или водной) поверхности.

Второе ограничение связано с тем, что при каждом очередном переносе от блока к блоку в пищевой цепи, часть потенциальной химической энергии пищи превращается в тепло и рассеивается в окружающей среде, «теряется» (КПД меньше 100%). Поэтому, чем больше посредников при передаче энергии в пищевой цепи, тем меньше энергии пищи остается организму (популяции).

Количество посредников (считая от первичного источника энергии) определяет и трофический уровень, который занимает в пищевой цепи организм (популяция). Продуценты занимают первый трофический уровень, фитофаги – второй уровень (уровень консументов 1-го порядка), хищники, поедающие фитофагов, – третий (уровень консументов 2-го порядка) и так далее (рис. 9.1 – 9.3).

Рис. 9.1. Основные потоки энергии в экосистеме влажного вечнозелёного тропического леса Южной Америки (фрагмент, по П.П. Второву, Н.Н. Дроздову, 2001).

Рис. 9.2. Основные потоки превратимой энергии в обобщенной экосистеме северных морей (схематично, по данным Г.Г. Матишова, В.В. Денисова, 1999).

В отличие от наземных экосистем, пастбищные пищевые цепи которых обычно завершаются III – IV-ым трофическим уровнем, в морских экосистемах высшие хищники реально находятся на V – VI-ом трофическом уровне.

Любая схема (графическая модель) трофической структуры экологической системы показывает лишь малую часть пищевых взаимодействий, существующих в реальной экосистеме. Например, для баренцевоморской трески естественный спектр питания включает 200 видов организмов, из которых наиболее важное значение имеют 20 видов. Антропогенное влияние на морские экосистемы, вызвавшее радикальное сокращение численности пелагических рыб (вселение пищевых конкурентов, снижение пресса хищников), привело к растущему дисбалансу в пищевых цепях экосистем и к крайней форме трофических взаимоотношений – чрезмерному каннибализму. Например, современный дефицит мойвы в рационе трески закономерно привел к усилению выедания собственной молоди, которое превышает 50% от общего потребления пищи.

Вопрос. Можно ли рассматривать каннибализм как один из механизмов саморегуляции плотности популяции? В чем опасность и экологический смысл каннибализма?

Рис. 9.3. Основные потоки превратимой энергии в обобщённой экосистеме тундры (упрощённо; фрагмент, по П.П. Второву, Н.Н. Дроздову, 2001).

В настоящей арктической тундре запасы сухой фитомассы составляют около 5 т/га, а годовая первичная продукция – 1 т/га. К югу, в направлении к кустарниковой тундре, общая фитомасса достигает 50 т/га, а годовая первичная продукция – 5 т/га.

Многочисленные в тундре лишайники (симбиоз гриба и водоросли) по существу являются одновременно и фотоавтотрофами и гетеротрофами. В экосистеме тундры важнейшую (доминирующую) часть гетеротрофных уровней составляют грибы. Среди всех животных первое место по суммарной биомассе занимают беспозвоночные, а из них один вид дождевого червя – эйзения Норденшельда. Одними из главных потребителей зеленых растений являются мелкие тундровые грызуны – лемминги и полевки, которые деятельны круглый год. Северный олень Евразии и его американский подвид (карибу), на зиму откочевывают в лесотундру. Нематоды, круглые черви, питаются детритом, водорослями, бактериями, многие – паразиты.

Выделяют два основных типа пищевых цепей: пастбищную пищевую цепь (цепь выедания) и детритную пищевую цепь (цепь разложения). Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетаются, образуя пищевые сети.

Пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов и идёт к потребителям, поедающим преимущественно живую биомассу, и их хищникам.

Детритная пищевая цепь начинается от мертвого органического вещества продуцентов (детрита) и идёт к сапротрофам (детритофагам) и их хищникам (рис. 9.1 – 9.3).