Трофическая структура экосистем

Напомним, что по участию в биологическом круговороте веществ в био­ценозе различают 3 группы организмов:

• продуценты (автотрофные организмы), которые синтезируют с помощью солнечного света из С0₂ и Н₂0, а также минеральных веществ органиче­ские соединения, преобразуя световую энергию в химическую;

• консументы (гетеротрофные организмы) - животные организмы, ко­торые питаются готовым органическим веществом растений или жи­вотных. В своих телах консументы преобразуют органические вещест­ва в специфические формы белков и других веществ, а в окружающую среду выделяют отходы, которые образуются в процессе их жизнедея­тельности;

• деструкторы (разрушители) - их еще называют редуцентами - они окисляют уже мертвые органические остатки до С0₂ и Н₂0. К реду­центам относят бактерии, грибы, простейшие. Деструкторы полно­стью разлагают все растительные и животные остатки до неорганиче­ских составляющих, которые снова частично вводятся в круговорот веществ, замыкая его.

Трофическую структуру экосистем обычно отображают графическими моделями в виде экологических пирамид (известных как пирамиды Ч. Эл­тона). Согласно правилу пирамиды, общая биомасса у каждого последую­щего звена в цепи питания уменьшается.

Различают 3 основных типа пирамид: численностей, биомасс и энер­гий. Такие геометрические построения отражают две функциональные ха­рактеристики любого биоценоза:

• их высота пропорциональна длине пищевой цепи, т е. числу содер­жащихся в ней трофических уровней;

• их форма отражает эффективность превращений энергии при перехо­де с одного уровня на другой: чем эффективнее термодинамические реакции, тем большее количество биохимической материи окажется на последующем уровне.

Приведем пример строения естественной экологической пирамиды.

Орлы

Змеи

Лягушки

Саранча

Растительный покров

Пирамида показывает, что в случае истребления орлов увеличивается количество змей, что в свою очередь ведет к массовому уничтожению лягушек. В результате размножается саранча, служившая пищей лягуш­кам, и она поедает растительность в еще больших масштабах. В результа­те нарушается растительный покров и начинается эрозия почвы.

Пирамида численностей отражает количество отдельных организмов на каждом трофическом уровне. Обычно в экологии пирамида численностей употребляется редко, т. к. из-за большого числа особей на каждом тро­фическом уровне очень трудно отобразить структуру биоценоза в сопос­тавимом масштабе.

Пирамида численностей представляет собой первое приближение к изу­чению трофической структуры экосистемы. Установлено основное правило. согласно которому в любой среде растений больше, чем животных; траво­ядных больше, чем плотоядных; насекомых больше, чем птиц, и т. д. Таким образом, можно говорить о том, что при переходе с одного трофического уровня на другой численность особей уменьшается, а размеры их увели­чивается. Но иногда пирамида численностей может быть перевернутой (например, в лесу насчитывается значительно меньше деревьев, чем на­секомых).

Пирамида биомасс — соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами, выраженное в их массе (общем сухом весе, энергоемкости

и другой мере общего живого вещества). Обычно в наземных биоценозах общий вес консументов первого порядка больше, чем консументов вто­рого порядка и т. д. Если организмы не слишком различаются по размерам, то на графике обычно получается ступенчатая пирамида с суживающейся верхушкой. Пирамида биомасс более полно отображает пищевые взаимо­отношения в экосистеме, т. к. она характеризует биомассу в данный мо­мент на каждом уровне пищевой цепи. Недостатком пирамиды биомасс является то, что в ней не разделяются компоненты, имеющие различный химический состав и разную энергетическую значимость.

Пирамида энергии отражает величину потока энергии, скорость про­хождения массы пищи через пищевую цепь. На структуру биоценоза в боль­шой степени оказывает влияние не количество фиксированной энергии, а скорость продуцирования пищи. Пирамида энергии в отличие от пира­мид численностей и биомасс всегда суживается к вершине.

Пирамиду энергии строят путем подсчета количества энергии, акку­мулированной единицей поверхности биотопа за единицу времени. Ве­сомую часть энергии, проходящую через экосистему, получают деструк­торы. Исходной продукцией в пирамидах выступает люцерна, посевом которой на площади 4 га можно прокормить 4—5 телят, а телятиной пи­тается 12-летний мальчик. Расчеты, проведенные на основе этих усло­вий, свидетельствует о том, что коэффициент полезного действия при переходе от основания пирамиды к ее вершине значительно уменьшает­ся. Здесь необходимо принимать во внимание, что существенная часть энергии расходуется на удовлетворение энергетических потребностей самих организмов. Следует отметить, что биомасса, выпавшая из цепи питания, не теряется для экосистемы. Она служит основой для других цепей питания.

Энергия, содержащаяся в одних организмах, потребляется другими организмами. Такой перенос энергии от автотрофов через последователь­ный ряд организмов к потребителям — гетеротрофам, происходящий в ре­зультате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью.