2. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни.

Жизнь на Земле продолжается уже около 4 млрд лет, не прерываясь именно потому, что она протекает в системе биологических круговоротов вещества. Потоки энергии и вещества в экологии как перенос, перемещение передача энергии и вещества извне к автотрофам и далее по цепям питания от организмов одного трофического уровня к следующему. Потоки энергии в сообществе – это ее переход от организмов одного уровня к другому в форме химических связей органических соединений. Поток вещества – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам и далее через химические реакции сходящие без участия живых организмов вновь к продуцентам; поток веществ происходит по замкнутому циклу, по этому называется круговоротом веществ.

Пищевой цепью называется перенос энергии, заключенной в растительной пище – поскольку лишь растения создают органическое вещество из неорганического – через ряд организмов в процессе их поедания друг другом.

Организмы, получающие свою энергию от Солнце через одинаковое число ступеней, принадлежат к одному трофическому уровню (от греч. trophe – питание, пища), т.е. это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. Зеленые растения (автотрофы) занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные второй (уровень первичных консументов) первичные хищники, поедающих травоядных, - третий (уровень вторичных консументов), вторичные хищники – четвертый (уровень третичных консументов.

Различают два типа пищевых цепей: пастбищная и детритная.

Пастбищная цепь: зеленое растение → растительноядное животное → хищник.

Детритная цепь: мертвое органическое вещество→ микроорганизмы (бактерии, грибы)→ мелкие животные (детритофаги) →хищник детритофагов

Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Они составляют так называемые пищевые сети. Принцип образования пищевых сетей состоит в следующем. Каждый продуцент имеет не одного, а несколько консументов. В свою очередь, консументы, среди которых преобладают полифаги (от греч. poly –много), пользуются не одним, а несколькими источниками питания.

3. Продуктивность экосистем.

Важным свойствам сообществ является их способность к созданию (продуцированию) новой биомассы. Это свойство лежит в основе понятия продуктивности системы. Скорость создания органического вещества в экосистемах называется биологической продукцией. Масса тел живых организмов называется биомассой. Таким образом, биологическая продукция экосистем – это скорость создания в них биомассы. Энергия поступает в биотический компонент экосистемы через продуцентов. Первичной продукцией называют скорость образования биомассы первичными продуцентами. Это важный параметр, так как им определяется общей поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) живых организмов, которые могут существовать в экосистеме. Из 100% солнечной энергии лишь приблизительно 1% поглощается хлорофиллом и используется для синтеза органических молекул (остальные 99% солнечной энергии отражаются, поглощаются с переходом в тепло или расходуются не испарения воды).

Скорость, с которой растения накапливают энергии., называется валовой первичной продукцией (ВПП). Примерно 20% этой энергии расходуется растениями на дыхание и другие процессы жизнедеятельности (R). Скорость накопления органического вещества за вычетом расхода энергии на дыхание и другие процессы жизнедеятельности (R) называется чистой первичной продукцией (ЧПП):

ЧПП = BПП – R

В приведенном примере ЧПП составляет 8000 кДж/м² х год, т.е. 0,8% от полученной солнечной энергии.

Для поедания одних организмов другими пища переходит с одного трофического уровня на следующий. Непереваренная часть пищи выводится животными с экскрементами. Животные, как и растения, теряют часть энергии при дыхании и других процессах жизнедеятельности. Энергия, оставшаяся после потерь, связанных с процессами дыхания, пищеварение и экскреции, идет на рост, поддержание жизнедеятельности и размножение.

Скорость накопление органического вещества гетеротрофными организмами называется вторичной продукцией (ВП). Вторичная продукция существует на всех трофических уровнях.

Энергетический баланс консументов складывается следующим образом:

Потребленная пища = рост + дыхание и другие процессы жизнедеятельности + экскременты или P = N + R + H, где Р – рацион консумента, т.е. количество пищи, съедаемой им за определенный промежуток времени, выраженное в единицах энергии; N – энергия, затрачиваемая на рост организма; R – энергия, затрачиваемая на дыхание и другие процессы жизнедеятельности; Н – энергия неусвоенной пищи, выделенной в виде экскрементов.

В каждом звене пищевой цепи часть энергии переходит в другие формы. По ориентировочным подсчетам, эти потери составляют 90% при каждом акте передачи энергии через трофическую цепь. Следовательно, если первичная продукция растительного организма составляет 1000 Дж, при полном поедании его травоядным животным в теле последнего останется из этой порции всего 100 Дж, в теле хищника – лишь 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю придется только 1 Дж (правило 10%). Таким образом, запас энергии, накопленной зелеными растениями, в цепях питания стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь включает обычно всего 4-5 звеньев.

Энергия же, заключенная в экскрементах, передается детритофагам и редуцентам и таким образом не теряется для экосистемы.