3. Пищевые цепи и сети

Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания. Цепь питания — последовательность организмов, по которой передается энергия, заключенная в пище, (от ее первоначального источника. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень - продуценты (автотрофные организмы, преимущественно зеленые растения). Второй трофический уро­вень — консументы первого порядка (растительноядные животные). Третий трофический уровень -- консументы второго порядка (первичные хищники, питающиеся растительноядными животными). 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 (сапротрофные бактерии и грибы). Они осуществляют минерализацию — превращение органических остатков в неорганические вещества.

Различают два типа пищевых цепей. Цепи выедания (или пастбищные) — пищевые цепи, начинающиеся с живых фотосинтезирующих организмов. Например, фитопланктон —> зоопланктон —> рыбы микрофаги —> рыбы макрофаги -> птицы ихтиофаги. Цепи разложения (или детритные) - пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных. Например, 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.

4. Круговорот веществ и поток энергии 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 т.е. 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 однонаправленно от автотрофов к гетеротрофам.

На рисунке представлена упрощенная схема потоков энергии на трех трофических уровнях пищевой цепи. Трофические уровни изображены как резервуары, размер ко­торых соответствует энергии, заключенной в их биомассе (В), размер соединяющих их каналов — величине потоков энергии. На входе в систему поступает поток солнечной энергии (L}. На первом трофическом уровне зелеными ра­стениями поглощается около 50 % солнечной энергии (L_А). | Только часть ее в процессе фотосинтеза преобразуется в энергию химических связей органических веществ. Это валовая первичная продукция (P_G ). Большая часть поглощенной растениями, но не усвоенной энергии, рассеи­вается в окружающую среду в виде тепловой энергии. Часть образованных органических веществ окисляется, а высвобождающаяся энергия расходуется на поддержание всех метаболических процессов. Это так называемые траты на дыхание (R). Эта энергия, в конечном счете, также рассеивается в виде тепла. Оставшаяся часть новообразо­ванных органических веществ составляет прирост биомассы растений (DB) и называется чистой первичной продук­цией (Р_N). В чистую первичную продукцию превращается .только 1 % поглощенной растением энергии. Таким обра­зом, Р_N = P_G - R.

Схема потока энергии в пищевой цепи, показывающая три трофических уровня:

1- поступление энергии на трофический уровень; L – солнечная энергия, попадаемая на растения; L_A- энергия, поглощаемая растениями (около 0,5 L); L_U - неиспользуемая часть энергии солнечного света; А – ассимиляция, т.е. энергия (запасенная) в органическом веществе; R – траты на дыхание; P_G - валовая первичная продукция (около 0,05L_N); P_N – чистая первичная продукция; P – вторичная продукция (консументов); N_U – неиспользуемая консументами энергия (накапливаемая или экспортируемая); N_A – неассимилируемая консументами энергия (выделенная с экскрементам). Цифры внизу – порядок величины потерь энергии при каждом переносе, начиная с поступления солнечного излучения в колличестве3000ккал/м² в сутки.

До второго трофического уровня доходит только часть чистой первичной продукции. Некоторая ее часть (N_U) не используется консументами первого порядка. Она может накапливаться или экспортироваться за пределы систе­мы. Та часть, которую ассимилировали (потребили) конcументы (А), частично тратится на дыхание (Л), частично выделяется с экскрементами (N_A), а остальное накаплива­ется в виде вторичной продукции (Р).

Вторичная продукция на каждом последующем трофи­ческом уровне консументов (Р₂, Р₃ и т.д.) составляет око­ло 10 % предыдущей (хотя на уровне хищников может быть выше — около 20 %). В результате, чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу накоплен­ной в органическом веществе энергии. Поэтому число тро­фических уровней никогда не бывает слишком большим.