31 Трофические уровни и экологические пирамиды. Особенности экологических пирамид .

Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экосистемой. Термин предложил в 1935г. английский эколог А.Тенсли. Он рассматривал экосистемы, как основные единицы природы на поверхности Земли, хотя они не имеют определенного объема и могут охватывать пространство любой протяженности.

Основная функция БЦ (поддержание круговорота веществ в биосфере) базируется на пищевых взаимоотношениях видов, благодаря чему органические вещества, синтезированные автотрофами, многократно химически изменяются и в конечном итоге возвращаются в среду в виде неорганических продуктов жизнедеятельности, вновь вовлекаемых в круговорот.

Биотический компонент принято подразделять на автотрофные и гетеротрофные организмы. Таким образом, все живые организмы попадут в одну из двух групп. Автотрофы синтезируют необходимые им органические вещества из неорганических и делают это, за исключением хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике органического вещества (за исключением некоторых бактерий) и используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ. Таким образом, в экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в котором участвуют живой и неживой компоненты (биогеохимические циклы).

Любой БЦ вкл. продуцентов, консументов, редуцентов. Функционально все виды в БЦ распределяются на несколько групп в зависимости от их места в общей системе круговорота веществ и потока энергии, равнозначные в этом смысле виды, образуют определенный трофический уровень, а взаимодействие между видами разных уровней - систему цепей питания. Совокупность троф. цепей, включая прямые и косвенные взаимодействия составляющих их видов, формирует трофическую структуру БЦ.

Каждый последующий участник питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию. Это пищевая цепь, а каждое ее звено – трофический уровень.

1 трофический уровень – автотрофы или так называемые первичные продуценты.

2 трофический уровень – первичные консументы.

3 трофический уровень – вторичные консументы.

Обычно бывает 4 или 5 трофических уровней, редко больше 6. Пищевые цепи делятся на пастбищные и детритные.

Трофические уровни (ТУ).

1 ТУ (уровень первичной продукции) составлен растениями (кроме редких бесхлорофильных форм) и фотоавтотрофными прокариотами, в особых случаях – бактериями – хемосинтетиками – продуцентами (П). На нем утилизируется внешняя энергия и создается масса орг. вещества. Первичные продуценты – основа троф. структуры и всего существования БЦ.

Биомасса (бм) орг. Вещества, синтезированного автотрофами – первичная продукция. Продуктивность выражается количеством бм, синтезируемой за единицу времени.

Разница между валовой и чистой продукцией определяется затратами энергии на жизнедеятельность (в умеренном климате до 40-80% валовой продукции). БМ автотрофов - чистая ПП – источник питания для представителей следующих троф. уровней.

2 ТУ. Консументы (К) I порядка – потребители ПП – растительноядные животные (фитофаги). К. частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов («затраты на дыхание»), а частично строят на ее основе собственное тело, осуществляя т.о. первый этап трансформации орг. вещества, синтезированного продуцентами. Виды и экологические формы, представляющие этот уровень весьма разнообразны и приспособлены к питанию разными видами растительного корма (зубные системы грызущего и перетирающего типа у различных растительноядных млекопитающих, мускульный желудок птиц, также в организме большинства животных не продуцируются ферменты, расщепляющие целлюлозу, и расщепление клетчатки осуществляется симбиотическими бактериями…).

Вторичная продукция определяется как скорость образования новой БМ гетеротрофами.

3 ТУ. К. II порядка – (зоофаги) – Обычно в этой группе рассматривают всех хищников, но строго говоря, консументами II порядка следует считать хищников, питающихся растительноядными животными и соответственно представляющих второй этап трансформации орг. вещества в цепях питания.

4 ТУ. К. III порядка. Животные с плотоядным типом питания, чаще имеют в виду паразитов животных и «сверхпаразитов», хозяева которых сами ведут паразитический образ жизни (строго говоря, сюда относятся все животные, поедающие плотоядных животных).

Деление БЦ на трофические уровни представляет собой лишь общую схему. Действительные формы взаимоотношений сложнее. Например, существует много видов со смешанным питанием, такие виды могут одновременно относиться к разным трофическим уровням. Переход БМ с нижележащего троф. уровня на вышележащий связан с потерями вещества и энергии. В среднем порядка 10% БМ и связанной с ней энергии переходит с каждого уровня на следующий. Суммарная БМ, продукция и энергия, а часто и численность особей прогрессивно уменьшается по мере восхождения по троф. уровням. Эта закономерность сформулирована Элтоном(1927) в виде правила экологич. пирамид – и выступает как главный ограничитель длины пищевых цепей.

Продукция фитофагов всегда ниже, чем у растений.

Энергия расходуется на:

1) Не вся растительная БМ съедается. Часть ее отмирает сама по себе, поддерживая существование редуцентов (Р).

2) Не вся БМ растений, потребленная фитофагами (и не вся БМ последних, съеденная хищниками), ассимилируется и переходит в БМ консумента. Часть ее теряется с фекалиями и также поступает к редуцентам.

3) Не вся ассимилированная энергия превращается в БМ. Часть ее теряется в виде тепла в процессе дыхания. Это объясняется тем, что ни у одного из процессов преобразования энергии из одной формы в другую КПД не равен 1 (в соответствии со вторым законом термодинамики часть энергии теряется в форме непригодного для использования «хаотического» тепла), а также совершаемой животными работой, которая требует затрат энергии, в результате чего опять же происходит выделение тепла.

Экологические пирамиды.

1. Пирамиды численности (численность особей, кроме микроорганизмов и почвенных живот, на 0,1 га: п-150000;к-200000;к2-90000;к3-1 – лугопастбищное сообщество)(п-200;к-150000;к-120000;к-2 – лес умеренной зоны).

Неудобства:

• Продуценты сильно различаются по размерам, а между тем один экземпляр злака или водоросли, например, имеет тот же статус, что и дерево. Поэтому истинно пирамидальной формы часто не получается. Цепи питания паразитов тоже могут давать перевернутые пирамиды.

• Диапазон численности разных видов настолько широк, что часто трудно соблюсти масштаб при изображении пирамид.