Цепи питания и экологические пирамиды

Цепи питания и экологические пирамиды
Для того чтобы понять как функционируют природные и искусственные экосистемы, необходимо
определить комплекс сложных трофических связей между организмами этих экосистем. Травоядные
животные питаются растениями, хищники поедают травоядных животных. Таким образом создаются
пищевые цепи из продуцентов и консументов.
Каждая цепь питания состоит из растений
и животных, которые являются
звеньями этой цепи. Количество звеньев
одной цепи питания невелико, что препятствует
узкой специализации организмов
и не подвергает биоценозы опасности.
Удаление одного из звеньев пищевой
цепи не нарушает динамического равновесия
в рамках экосистемы. Со временем
это звено замещается другими
видами
организмов. Небольшое число звеньев
пищевой цепи обусловлено
также количеством
вещества и энергии, обеспечиваемых
продуцентами.
Обычно пищевые цепи состоят из трех звеньев – продуцента, первичного консумента (фитофаг) и
вторичного консумента (зоофаг).
Первое звено пищевой цепи, как правило, образовано фотосинтезирующими растениями, которые
обеспечивают консументов экосистемы биомассой и энергией.
Иногда посредством некоторых звеньев различные пищевые цепи пересекаются.
В биосфере различают четыре типа пищевых цепей:
1. Травоядная цепь питания. Пищевые цепи этого типа основаны на использовании живых растительных
тканей и состоят из трех основных звеньев – растения, травоядного животного и плотоядного
животного. Обычно в травоядных цепях питания растет масса травоядных животных. В некоторых случаях
это определяет небольшое число звеньев (например, последним звеном является слон).
Животные, входящие в состав травоядных цепей, питаются:
1.1. Семенами растений (млекопитающие, птицы);
1.2. Цветочным нектаром (насекомые, птицы и млекопитающие);
1.3. Мхами и лишайниками (млекопитающие в бедных растительностью зонах);
1.4. Грибами (членистоногие, некоторые млекопитающие).
2. Цепи разложения (детритные). Этот тип состоит из животного, питающегося остатками растительных
и животных организмов, и нескольких видов зоофагов; встречается в почве, опавшей листве,
в реках.
3. Бактериядные цепи питания. В некоторых случаях цепи, основанные на потреблении бактерий,
выделяют из детритных цепей. Звеном такой цепи являются хемосинтезирующие бактерии, которые
образуют биомассу и энергию для последующих звеньев. Цепи такого типа встречаются, например, в
океанских впадинах (бактерии – погонофоры – моллюски – крабы).
4. Паразитические цепи питания. В этих цепях количество звеньев сокращено, т. к. несколько видов
организмов живут за счет одного организма (картофель – фитофтора; кукуруза – пыльная головня;
бактерии – бактериофаги).
Иногда первичное звено пищевой цепи может быть представлено гетеротрофным организмом (животным).
Например, насекомоядные растения могут входить в состав этих цепей, получая вещество и
энергию от поедаемых животных.
Цепь питания
Энергия
Питательные
вещества
Продуценты Консументы
Неорганическое Редуценты
вещество
Тепло Тепло
Тепло
Солнце
4. Экология и охрана окружающей среды 149
Британский эколог Чарльз Элтон в 1927 году сравнил трофическую структуру биоценоза с пирамидой,
ступени которой соответствуют пищевым уровням. Так возникло понятие пищевой пирамиды
(экологической пирамиды).
В пределах пищевой пирамиды
при переходе с одного уровня
на другой численность особей
питания уменьшается, а их размер
увеличивается.
Различают несколько типов
экологических пирамид:
1. Пирамида численности –
отражает уменьшение числа организмов
от первичных до третичных
консументов.
2. Пирамида биомассы – отражает
сокращение массы организмов
от продуцентов к консументам.
3. Пирамида энергии – отражает
потери энергии при переходе
от одного трофического уровня
к другому.
Шведский ученый-эколог Р. Л. Линдеман в 1942 году показал, что только часть энергии, поступившей
на определенный уровень биоценоза, передается организмам следующего звена. С уровня на уровень
переходит около 10–20 % энергии.
Все пищевые цепи всегда существуют в сообществе таким образом, что звенья одной цепи являются
также звеньями другой. Пересекающиеся цепи питания образуют пищевую сеть экосистемы.
В рамках одной пищевой сети отдельные организмы могут добывать себе пищу с разных трофических
уровней. Например, беззубка может использовать в качестве источника питания как первичных
продуцентов одной цепи питания (водоросли), так и первичных консументов другой цепи питания
(простейшие).
Экологическая пирамида
Третичные
консументы
Вторичные
консументы
Первичные
консументы
Продуценты
Энергия
Потерянная энергия
Энергия, сохраняемая в биологической системе
Пищевая сеть в лиственном лесу Пищевая сеть в пресном водоеме
150 4. Экология и охрана окружающей среды
Как правило, в пищевую сеть не включают редуцентов, хотя они оказывают существенное влияние
на круговорот веществ и энергии.
Стабильность пищевой сети зависит от количества цепей питания и их взаимодействия. Природные
экосистемы (леса, озера) характеризуются повышенной устойчивостью, которая обеспечивается большим
видовым разнообразием, а также способностью к саморегуляции.
Искусственные экосистемы содержат меньше пищевых цепей и поэтому менее устойчивы. Кроме
того, они обладают меньшей способностью к саморегуляции. Существует риск массового поражения и
потери урожая. В этих условиях необходимо своевременное вмешательство человека.