Энергетика экосистем. Трофическая структура экосистем

Трофическая структура экосистем. Цепи питания.Любая экосистема включает несколько трофических уровней. Первый уровень представлен растениями. Их называют продуцентами из-за способности продуцировать органическое вещество в процессе фотосинтеза. Второй уровень представлен животными организмами. Они являются гетеротрофами по способу питания и их пищей служат растения. Этот уровень называют консументами первого порядка.Третий уровень (также как и четвертый, пятый) представлен хищниками или консументами второго (или соответствующего) порядка. Один и тот же организм может в различных цепях питания занимать разные трофические уровни, являясь в одном случае консументом 1-го, а в другом – 2-го или 3-го порядка. Это связано с тем, что большинство животных являются эврифагами, т.е. их рацион может быть достаточно разнообразным. Последний уровень представлен организмами, питающимися мертвым органическим веществом: микроорганизами, грибами, мелкими животными. Их называют редуцентами.

Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет цепь питания или трофическую цепь. Главное свойство цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии.

Цепи питания не всегда могут быть полными. В них могут отсутствовать растения. Такая цепь питания характерна для сообществ, формирующихся на базе разложения трупов животных или растительных остатков и называют ее детритной или цепью разложения. Схематично можно представить ее следующим образом:

Детрит → детритофаги → хищники детритофагов

(редуценты) (консументы 2,3...пор.)

Цепи питания, которые начинаются с растений, называют пастбищными или цепями выедания:

Растения → травоядные → хищники

(продуценты) (консументы 1пор.) (консументы 2 пор.)

Цепи питания являются тесно взаимосвязанными. Так, например, детрит образуется из продуктов жизнедеятельности всех организмов экосистемы, а также их останков. Кроме того, один и тот же организм может быть участником и детритной и пастбищной цепи. Совокупность всех переплетающихся пищевых цепей экосистемы образует трофическую сеть. Таким образом, цепи питания выделяют искусственно при изучении трофической структуры экосистем.

Исходя из положения: разнообразие – синоним устойчивости, можно заключить, что чем длиннее цепи питания и чем сложнее трофическая структура экосистемы, тем она устойчивее.

Живые организмы, входящие в экосистемы, для своего существования должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения запасают энергию в процессе фотосинтеза, превращая энергию Солнца в энергию химических связей. При фотосинтезе связывается энергия только с определенной длиной волны – 380-710 нм. Эту энергию называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Она по длинам волн близка к видимой части спектра. На эту радиацию приходится обычно около 40% общей солнечной радиации, достигающей земной поверхности.

Растения в процессе фотосинтеза связывают лишь небольшую часть солнечной радиации. Даже по отношению к фотосинтетически активной – это в среднем для Земного шара около 1 %. Только наиболее продуктивные экосистемы, такие как плантации сахарного тростника, посевы кукурузы, тропические леса в оптимальных условиях могут связывать до 3-5 % ФАР.

Растения являются первичными поставщиками энергии для всех других организмов в цепях питания. Существуют определенные закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой вместе с потребляемой пищей. Основная часть энергии, усвоенной консументами с пищей, расходуется на его жизнеобеспечение (движение, поддержание температуры тела и т.п.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыхание, с которым, в конечном счете, связаны все возможности ее высвобождения из химических связей органического вещества. Часть энергии переходит в тело потребителя, увеличивая его биомассу. Некоторая доля пищи не усваивается организмом, а следовательно, из нее не высвобождается и энергия. В последующем она высвобождается из экскрементов, но другими организмами, которые потребляют их в пищу. Особенно велики потери энергии с экскрементами у травоядных животных (у некоторых – до 70 %).

Переход энергии с одного трофического уровня на другой в среднем принимается близким к 10 % от энергии, потребленной с пищей. Эта закономерность рассматривается обычно как «правило 10 %». Из него следует, что цепь питания имеет ограниченное количество уровней, обычно не более 4-5. Пройдя через них, практически вся энергия оказывается рассеянной. Из данной закономерности вытекают важные в практическом отношении практические выводы.

1. С энергетической точки зрения крайне нецелесообразно потребление животной продукции, особенно с высоких уровней цепей питания.

2. Для решения продовольственной проблемы в условиях демографического взрыва надо, чтобы в рационе людей больший удельный вес составляла растительная пища. Энергетически идеально – вегетарианство.

3. Для увеличения КПД использования кормов при получении животноводческой продукции очень важно уменьшить основную статью нерационального расходования энергии – ее траты на дыхание. Это возможно за счет поддержания оптимального температурного режима в животноводческих помещениях, ограничения подвижности животных, сбалансированности кормового рациона по различным элементам питания, а также применения различных добавок (для стимуляции роста, улучшения аппетита и т.д.).

Дата добавления: 2014-01-04