6 Трофическая структура Экосистемы (Решение задач)

6.1 Цель: Изучить процесс передачи энергии в экосистеме и параметры, определяющие продуктивность трофических уровней.

6.2 Вопросы для самостоятельного изучения

1. Трофическая структура экосистемы (продуценты, консументы, редуценты, их роль в экосистеме).

2. Цепь питания, сеть питания, трофический уровень.

3. Что отражают правила экологических пирамид?

6.3 Теоретическое введение

Рассмотрим универсальную модель потока энергии через компонент экосистемы, представленную на рисунке 3. Она включает в себя энергию, содержащуюся в биомассе данного компонента (В) и поступление энергии (I), представляющее собой для автотрофов- свет, а для гетеротрофов – органическую пищу. Часть поступившей энергии не утилизируется (NU). Например, часть света проходит через листья, а часть пищи – через кишечник, не усваиваясь. Остальная энергия ассимилируется (А), т.е. поглощается. Часть поглощенной энергии расходуется на дыхание (респирацию) (R), т.е. на поддержание жизненных процессов – движение, поддержание температуры тела и т.д. Другая часть ассимилированной энергии превращается в продукцию (Р), т.е. новое органическое вещество, и становится чистой продукцией растений или вторичной продукцией у животных. Продукция может принимать различные формы: рост (G), т.е. увеличение биомассы, запас (S), например, жир, который будет использован позднее, и выделяемое (экскретируемое) ассимилированное органическое вещество (Е), содержащееся в молоке и других выделениях. Для растений А соответствует валовой, а Р - чистой первичной продукции.

В

Рисунок 3 Универсальная модель потока энергии через компонент экосистемы (Ю.Одум).

Отношения величин потока энергии в разных точках пищевой цепи, выраженные в %, называют экологической эффективностью. Различают:

1) эффективность трофического уровня (А_n / А_n-1 или Р_n / Р_n-1) показывающая, какой % составляет ассимиляция или продукция энергия данного трофического уровня от соответствующих показателей предыдущего (разные авторы используют разные варианты). В среднем она составляет около 10%.

2) эффективность потребления или использования (I_n / Р_n-1). Она показывает, какая часть продукции предыдущего трофического уровня съедается организмами данного уровня (остальное достается редуцентам). Например, в лесах травоядные потребляют около 5% продукции растений, в степи – 25%, а в водных экосистемах – до 50%.

3) эффективность ассимиляции (А_n / I_n ), т.е. эффективность усвоения пищи. Для 1-ого трофического уровня - это эффективность фотосинтеза, т.е. доля солнечной энергии, превращенная в валовую первичную продукцию. В среднем растения в процессе фотосинтеза связывают всего около 1% поступающей световой энергии. Она велика у быстро растущих 1-летних трав (0,7-0,85), но мала во влажном тропическом лесу (0,2-0,3). В длинные летние дни на Севере до 10% дневного поступления солнечной энергии растения превращают в химическую, однако зимой фотосинтез в этих районах прекращается. Эффективность ассимиляции у фитофагов и детритофагов составляет обычно 20-50%. Семена и плоды могут быть ассимилированы на 60-70%, листья – на 50%, древесина – на 15%, т.к. клетчатка и лигнин плохо перевариваются и уходят в навоз. У питающихся более калорийной пищей хищников ассимилируется до 80% пищи.

4) эффективность продуцирования (Р_n / А_n), т.е. доля ассимилированной энергии, которая идет на создание новой биомассы. У беспозвоночных она в целом высокая –30-40%, у рыб, земноводных и пресмыкающихся, не поддерживающих постоянную температуру тела она около10%, а у теплокровных всего 1-2%, у мелких – еще ниже.