12. Трофическая структура экосистем.
Основная функция биоценозов - поддержание круговорота веществ в биосфере базируется на пищевых взаимоотношениях видов, т.е. трофическая структура (trophe– пища) – это пищевая структура биоценоза.
По способу питания все организмы на Земле делятся на две большие группы: автотрофы (autos - сам, trophe – питание), т.е. сам питаюсь, сюда относятся все фотосинтезирующие организмы (растения) и некоторые виды бактерий и гетеротрофы (getero- другим, т.е. питаюсь другим) это весь животный мир, питающийся готовым органическим веществом, сюда относится и человек. В процессе биологического круговорота органические вещества, синтезируются автотрофами в процессе фотосинтеза, реакция, которой схематично может быть представлена следующим образом:
(солнечный свет)
СО2 + Н2 О = С6 Н12 О6 + О2
Эти органические вещества, представленные в реакции фотосинтеза в виде углевода глюкозы, претерпевают многократные химические трансформации (изменения) в организме растений. Они строят свое тело из органических веществ, набирают биомассу, часть которой потребляется растительноядными животными и в конечном итоге возвращается в среду в виде неорганических продуктов жизнедеятельности, вновь вовлекаемых в круговорот. Поэтому при всем многообразии видов, входящих в состав различных сообществ каждому биоценозу необходимо включение представителей всех трех принципиальных трофических групп организмов – продуцентов, консументов и редуцентов. Продуценты – это организмы производящие ( producentis – производящий) органические вещества. Продуценты по характеру источника энергии подразделяют на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие. Подавляющее большинство продуцентов Земли представляет собой фотосинтезирующую растительность. Фотосинтез осуществляется главным образом в зеленых растениях, содержащих в своих тканях пигмент зеленого цвета (хлорофилл), являющийся катализатором реакции синтеза. Растения используют при фотосинтезе часть солнечного излучения с длиной волны 380-710нм. Кроме растений существуют ряд бактерий (водородные, нитрифицирующие, серобактерии, марганцевые, железобактерии), которые синтезируют органические вещества с использованием для этого энергии окисления неорганических веществ и ферментов их называют хемосинтезирующими организмами или хемотрофами. Особенностью их реакций является отсутствие выделяемого кислорода.
Полученная при фотосинтезе энергия превращается продуцентами из кинетической (потока лучистой энергии Солнца) в потенциальную (запасенную, например, в жирах и углеводах).
Консументы – организмы потребляющие (consumo – потреблять, расходовать) готовые органические вещества, созданные продуцентами. К ним относятся все травоядные и платоядные организмы.
Редуценты - это организмы возвращающие (reducentis – возвращать) в среду использованные органические вещества в виде неорганических соединений, углекислого газа и минеральных веществ, которые затем вновь вовлекаются в биологический круговорот. Редуцентами являются организмы питающиеся мертвым органическим веществом – это и такие крупные организмы как грифы, шакалы, гиены, но в основном это беспозвоночные – насекомые (жуки-навозники, бабочки, гусеницы, черви), грибы и бактерии, завершающие процесс разложения.
Все виды организмов в зависимости от их места в системе круговорота веществ и потока энергии образуют определенный трофический уровень, а взаимоотношения между видами разных уровней – образуют систему цепей питания. В свою очередь совокупность трофических цепей формирует целостную трофическую структуру экосистемы (рис ).
Первый трофический уровень образуют автотрофы или продуценты, т.е. зеленые растения, которые утилизируют внешнюю энергию и создают массу органического вещества. Они являются основой трофической структуры и всего существования биоценоза. Биомасса органического вещества, син-
Рис. Пастбищная сеть питания в наземном биоценозе
тезированного автотрофами, определяется как первичная продукция, а скорость ее формирования как биологическая продуктивность экосистемы. Биологическая активность выражается количеством биомассы, синтезируемой продуцентами за единиц у времени с единицы площади (кг/м2, т/км2).
Накопленная в виде биомассы растений чистая первичная продукция служит источником питания для представителей следующих трофических уровней. Второй трофический уровень представлен животными организмами – их называют гетеротрофами, фитофагами (phyton- растение и phagein – есть, пожирать), или консументами первого порядка.