Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 91. Трансформація речовини й енергії в екосистемах

Поміркуйте

  • Чому хижаків у біоценозах завжди менше, ніж рослиноїдних тварин?

Згадайте

  • Автотрофи, гетеротрофи
  • Фотосинтез, хемосинтез

Трофічна структура біоценозу

Взаємодія організмів, які займають певне місце в біологічному колообігу, називається трофічною структурою біоценозу. У біоценозі розрізняють три групи організмів: продуценти, консументи й редуценти.

Продуценти — це автотрофні організми, які синтезують необхідні для життя органічні речовини з неорганічних, використовуючи сонячну енергію (фотосинтез) або енергію окиснення неорганічних сполук (хемосинтез). Основними продуцентами в екосистемах є зелені рослини й ціанобактерії.

Консументи — це гетеротрофні організми, які харчуються готовою органічною речовиною. До консументів належать тварини, гриби, а також паразитичні рослини. Виокремлюють консументів першого порядку — травоїдних тварин (заєць, олень, білка, лось), консументів другого порядку — хижаків, які харчуються травоїдними тваринами (вовк), і консументів третього порядку — хижаків, які харчуються іншими хижаками (лелека, змії).

Редуценти — це гетеротрофні організми, які руйнують мертву органічну речовину й перетворюють її на неорганічні речовини, що засвоюються іншими організмами. Основними редуцентами є ґрунтові гетеротрофи — бактерії, гриби, найпростіші.

Трофічні ланцюги

Транспорт енергії й речовини в екосистемах здійснюється через трофічні ланцюги. Трофічний ланцюг — це послідовне перенесення енергії у формі їжі через низку організмів.

Наприклад, пасовищний трофічний ланцюг починається з рослин-продуцентів, які є їжею для рослиноїдних тварин. Детритний трофічний ланцюг починається з мертвої органічної речовини, яку споживають організми-детритофаги (редуценти). Паразитичний трофічний ланцюг починається із продуцентів або консументів.

У складних природних угрупованнях трофічні ланцюги тісно переплітаються один з одним, утворюючи трофічні мережі.

Трофічні рівні

Взаємодії між організмами, коли один вид харчується іншим, називають трофічними зв'язками. Організми, яких від початку трофічного ланцюга відділяє однакова кількість ланок, утворюють трофічний рівень. На першому трофічному рівні розмістилися лише продуценти. Другий трофічний рівень займають первинні консументи й детритофаги. На третьому трофічному рівні перебувають консументи другого порядку тощо.

Екологічні піраміди

Трофічну структуру біоценозу зображують у вигляді екологічних пірамід — таких графічних моделей, що відображають кількість особин (піраміда чисельності), їхню біомасу (піраміда біомас) або вкладену в них енергію (піраміда енергії) на кожному трофічному рівні.

Зазвичай із підвищенням трофічного рівня піраміди кількість особин, їхня біомаса й енергія зменшуються. Наприклад, щоб прогодувати одну лисицю, необхідно декілька полівок; щоб прогодувати цих полівок, потрібна велика кількість рослин. У цьому випадку екологічна піраміда буде мати вигляд трикутника, що звужується догори (мал. 91.1).

Мал. 91.1. Загальний вигляд екологічної піраміди

Мал. 91.2. Обернені екологічні піраміди

Але іноді піраміди бувають «перевернутими» (мал. 91.2). Наприклад, у лісі чисельність первинних консументів — комах — набагато перевищує чисельність продуцентів — дерев. Перевернуті піраміди біомас в океані зумовлені тим, що продуценти — мікроскопічні водорості — інтенсивно розмножуються, але живуть недовго, тоді як їх споживачі мають довгий життєвий цикл і довго накопичують біомасу. Отже, у кожний конкретний момент часу біомаса продуцентів менша за біомасу консументів.

Перенесення енергії в екосистемах

Американський еколог Р. Ліндеман 1942 року сформулював закон піраміди енергій, згідно з яким з одного трофічного рівня на інший переходить близько 10 % енергії (мал. 91.1). Інша енергія (90 %) втрачається у вигляді теплового випромінювання і спрямовується на підтримку життєдіяльності організмів.

Через таке різке зниження енергії харчові ланцюги не можуть мати більш ніж 3-5 ланок, а екологічні піраміди не можуть складатися з великої кількості рівнів.

На основі правила екологічної піраміди можна розрахувати кількісні співвідношення різних видів в екосистемах. Наприклад, на 1 вовка масою 40 кг потрібно 200 зайців загальною масою 400 кг (2 кг кожний), на цих зайців потрібно 4000 кг рослин.

Продуктивність біоценозу

Важливим показником біоценозу є продуктивність — здатність до відтворення своїх компонентів і продукування нової біомаси. Оскільки первісним джерелом енергії на Землі є сонячне випромінювання, найбільш важливою для продуктивності біоценозів є кількість світла, яку одержують зелені рослини.

Швидкість, із якою продуценти створюють біомасу у процесі фотосинтезу, називається первинною продуктивністю. Швидкість створення біомаси консументами й редуцентами називається вторинною продуктивністю.

Низьку продуктивність мають пустелі, тундри, морські глибоководні екосистеми. Дуже високу продуктивність мають тропічні ліси, коралові рифи, екосистеми морських узбережь.

Практична робота

Розкриття трофічної структури біоценозу за наданим переліком видів. Встановлення біоценотичної ролі для окремих видів

Складіть схеми трофічних ланцюгів із наведених організмів, позначте трофічні рівні, встановіть роль окремих видів у біоценозах:

  • сонечко, тля, сосна, комахоїдний птах, павук;
  • листовий опад, дощовий черв'як, яструб малий, чорний дрізд;
  • личинки падальних мух, мертва тварина, жаба, звичайний вуж.

Практична робота

Складання блок-схем енергетичних потоків в екосистемах різних типів. Розрахунок ефективності переходу енергії на різних трофічних рівнях

1. Складіть блок-схеми трофічних зв'язків в екосистемах лугу й озера.

2. Користуючись правилом екологічної піраміди, розрахуйте ефективність переходу енергії на різних трофічних рівнях.

Ключова ідея

Організми в екосистемах — продуценти, консументи й редуценти — об'єднані трофічними зв'язками. Трофічну структуру біоценозу зображують у вигляді екологічних пірамід. З одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить близько 10 % енергії.

Запитання та завдання

1. У луговому угрупованні живуть гусениця, жайворонок, люцерна, шуліка. Складіть харчовий ланцюг. 2. Визначте, скільки потрібно планктону, щоб у морі виросла одна особина морської видри масою 30 кг, якщо ланцюг харчування має такий вигляд: фітопланктон нехижі риби хижі риби морська видра.