Потік енергії та кругообіг речовин в екосистемах - Екологія
Масова загибель птахів, риб та інших тварин: можливі причини та наслідки
Незабаром самкам гренландського тюленя нема де народжувати
Водні ресурси, клімат та здоров'я
Мал. 14.5. Сулммарний потік енергії (темні стрілки) і кругообіг речовин (світлі стрілки) в екосистемі.
Таким чином, основу екосистеми складають автотрофні організми -продуценти(виробники, творці), які в процесі фотосинтезу створюють багату енергією їжу первинна органічна речовина. У наземних екосистемах найбільш важлива роль належить вищим рослинам, які, утворюючи органічні речовини, дають початок всім трофічним зв'язкам в екосистемі, служать субстратом для багатьох тварин, грибів і мікроорганізмів, активно впливають на мікроклімат. біотопа. У водних екосистемах головними виробниками первинної органічної речовини є водорості.
Готові органічні речовини використовують для отримання і накопичення енергії гетеротрофи, абоконсументи(споживачі). До гетеротрофів відносяться рослиноїдні тварини (консументи I Порядку), м'ясоїдні, що живуть за рахунок рослинноядних форм (консументи II порядку), що споживають інших м'ясоїдних (консументи Ш порядку) і т. д.
Особливу групу консументів складаютьредуценти(руйнівники, або] деструктори), що розкладають органічні залишки продуцентів і консументів до простих неорганічних з'єднань, які потім використовуються продуцентами. До редуцентів належать головним чином мікроорганізми - бактерії і гриби. У наземних екосистемах особливо важливе значення мають грунтові редуценти, що залучають до загального кругообіг органічні речовини відмерлих.рослин (вони споживають до 90% первинної продукції лісу). Таким чином, кожен живий організм у складі екосистеми займає певну екологічну нішу (місце) у складній системі екологічних взаємин з іншими організмами та абіотичними умовами середовища.
Харчові ланцюги (мережі) та трофічні рівні.Основою будь-якої екосистеми, її фундаментом є харчові (трофічні) і супутні їм енергетичні зв'язки. У них постійно відбувається перенесення Речовини та енергії, які укладені в їжа, створеної переважно рослинами.
Перенесення потенційної енергії їжі, створеної рослинами, через ряд організмів шляхом поїдання одних видів іншими називається ланцюгом живлення або харчовим ланцюгом, а кожна його ланка>—трофічним рівнем(рис. 14.6).
Мал. 14.6. Ланцюги живлення африканської саванни.
Перший трофічний рівень утворюють продуценти (рослини), другий - первинні консументи (рослинноїдні тварини), третій - вторинні консументи (грецькі тварини і паразити). Оскільки кожен організм має кілька джерел живлення і сам є об'єктом харчування для інших організмів з одного і того ж харчового ланцюга або навіть з різних (всеїдні організми, наприклад людина, ведмідь, горобець, споживають як продуцентів, так і консументів, тобто живуть на різних трофічних рівнях), ланцюги живлення багаторазово розгалужуються і переплітаються в складні харчові мережі (рис. 14.7). 8>
Мал. 14.7.Мережі живлення в екологічній системі.
Існують два основних типи харчових ланцюгів - пасовищні (ланцюга виїдання, або ланцюги споживання) і детрітні (ланцюги розкладання).Пасовищні ланцюги починаютьсязпродуцентів: конюшина >кролик -> вовк; фітопланктон (водорості)—>зоопланктон (найпростіші) —>плотва —> щука -скопа.
Детритні ланцюгипочинаються від рослинних та тварин залишків, екскрементів тварин - детриту; йдуть до мікроорганізмів, які ними живляться, а потім до дрібних тварин (детритофагам) і до їх споживачів - хижаків. щорічного приросту біомаси рослин не споживається безпосередньо рослиноїдними тваринами, а відмирає, піддаючись розкладу (сапротрофними організмами) і мінералізації. Типовим прикладом детритного харчового зв'язку наших лісів є наступний: листова підстилка ->дощовий черв'—>чорний дрозд—>яструб-перепелятник. Крім дощових черв'яків, детритофагами є мокриці, кліші, ногохвостки, нематоди та ін.
Екологічні піраміди.Харчові мережі всередині кожного біогеоценозу мають добре виражену структуру. Вона характеризується кількістю, розміром і загальною масою організмів - біомасою - на кожному рівні ланцюга живлення. Для пасовищних харчових ланцюгів характерно збільшення щільності популяцій, швидкості розмноження і продуктивності їх біомас. Зниження біомаси при переході з одного харчового рівня на інший обумовлено тим, що далеко не вся їжа асимілюється консументами. Так, наприклад, у гусениці, що харчується листям, у кишечнику всмоктується лише половина рослинного матеріалу, решта виділяється у вигляді екскрементів. Крім того, більша частина поживних речовин, що всмоктуються кишечником, витрачається на дихання і лише 10-15% в кінцевому рахунку використовується на побудову нових клітин і тканин гусениці.З цієї причини продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менше (в середньому в 10 разів) продукції попереднього, тобто маса кожного наступного ланки в ланцюзі живлення прогресивно зменшується. Ця закономірність отримала назвуправило екологічної піраміди(рис. 14.8).
Рис, 14.8.Спрощена екологічна піраміда.
Розрізняють три способи складання екологічних пірамід:
1.Піраміда чисельностейвідбиває чисельне співвідношення особей різних трофічних рівнів екосистеми. Якщо організми в межах одного або різних трофічних рівнів сильно відрізняються між собою за розмірами, то піраміда чисельностей дає спотворені уявлення про істинних співвідношеннях трофічних рівнів. Наприклад, у співтоваристві планктону чисельність продуцентів у десятки і сотні разів більша чисельності консументів, а в лісі сотні тисяч консумен-тов можуть харчуватися органами одного дерева - продуцента.
2.Піраміда біомаспоказує кількість живої речовини, або біомаси, на кожному трофічному рівні. В більшості наземних екосистем біомаса продуцентів, т. е. сумарна маса рослин найбільша, а біомаса організмів кожного наступного трофічного рівня менше попереднього. Однак у деяких угрупованнях біомаса консументів I порядку буває більше біомаси продуцентів. Наприклад, в океанах, де основними продуцентами є одноклітинні водорості з високою швидкістю розмноження, їх річна продукція в десятки і навіть сотні разів може перевищувати запас біомаси. Разом з тим, вся утворена водоростями продукція так швидко залучається в ланцюги живлення, що накопичення біомаси водоростей мало, але внаслідок високих темпів.розмноження невеликий їх запас виявляється достатнім для підтримки швидкості відтворення органічної речовини. У зв'язку з цим в океані піраміда біомас має зворотне співвідношення, тобто «перевернута». На вищих трофічних рівнях переважає тенденція до накопичення біомаси, так як тривалість життя хижаків велика, швидкість обороту їх генерацій, навпаки, мала, і в їх тілі затримується значна частина речовини, що надходить по ланцюгах харчування.
3.Піраміда енергіївідображає величину потоку енергії в ланцюзі живлення. На форму цієї піраміди не впливають розміри особин, і вона завжди буде мати трикутну форму з широкою основою внизу, як це диктується другим законом термодинаміки. Тому піраміда енергії дає найбільш повне і точне уявлення про функціональну організацію спільноти, про всі обмінні процеси в екосистемі. Якщо піраміди чисел і біомас відображають статику екосистеми (кількість і біомасу організмів в даний момент), то піраміда енергії - динаміку проходження маси їжі через ланцюга харчування. Таким чином, основа в пірамідах чисел і біомас може бути більшою або меншою, ніж наступні трофічні рівні (залежно від співвідношення продуцентів і консументів в різних екосистемах). Піраміда енергії завжди звужується догори. Це зумовлено тим, що енергія, витрачена на дихання, не передається на наступний трофічний рівень і йде з екосистеми. Тому кожен наступний рівень завжди буде меншим за попередній. У наземних екосистемах зменшення кількості доступної енергії зазвичай супроводжується зниженням чисельності та біомаси особин на кожному трофічному рівні. Внаслідок таких великих втрат енергії на побудову нових тканин і дихання організмів ланцюга живленняне можуть бути довгими; зазвичай вони складаються з 3-5 ланок (трофічних рівнів).
Знання законів продуктивності екосистем, можливість кількісного обліку потоку енергії мають важливе практичне значення, оскільки продукція природних і штучних співтовариств (агроієнозів) є основним джерелом запасів їжі для людства. Точні розрахунки потоку енергії і масштабів продуктивності екосистем дозволяють регулювати в них кругообіг речовин таким чином, щоб домагатися найбільшого виходу необхідної для людини продукції.