Трофические взаимосвязи в экосистемах

Пастбищные и детритные пищевые цепи. Пищевой цепью называют перенос энергии от автотрофов через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими. Энергия пищи проходит через несколько трофических уровней, причем на каждом последующем уровне, в соответствии с законом 10%, эта энергия убывает на 80-90% по сравнению с предыдущим уровнем.

Преобразование энергии в пищевых цепях в общем может быть описано следующей схемой.

Выделяют 2 основных типа пищевых цепей – пастбищную и детритную. Они тесно взаимосвязаны и образуют единую пищевую сеть экосистемы

Роль консументов в пищевых цепях. Как показали проведенные в 70-е – 80-е гг. исследования, консументы при соответствующей численности положительно влияют на первичную продукцию источника своей пищи. Так, растительноядные животные, поедая некоторую часть растительности, увеличивают скорость возврата элементов питания в почву В результате ускоряется поток энергии через экосистему, увеличивается растительная продукция. В противном случае отсутствие потребления растительной массы приводит к излишнему накоплению детрита и замедлению оборота веществ в экосистеме. Основная роль консументов заключается в регулировании численности потребляемых ими организмов. Причем хищники, поедая растительноядных животных, тем самым воздействуют и на продукцию и биомассу растительности. Правда, результаты этого воздействия остаются спорными.

Токсические соединения в пищевых цепях. Многие созданные человеком токсичные вещества (радионуклиды и пестициды) обладаюют кумулятивным действием, то есть способны длительное время накапливаться в организме. При переходе с одного трофического уровня на другой концентрация таких веществ резко возрастает. Накопление токсичных соединений на высших трофических уровнях описывается коэффициентом накопления, значения которого могут достигать 500 000 (в наиболее известном примере с ДДТ).

Приведенные схема и таблица описывают рост концентрации ДДТ при прохождении звеньев пищевой цепи. Видно, что в организме хищных птиц она в 100000 раз больше, чем в морской воде

Метаболизм и размеры особей. Интенсивность метаболизма на трофическом уровне в значительной степени зависит от размера особи. Чем особь крупнее, тем меньше она потребляет энергии в пересчете на 1 кг. Сухой биомассы. Так, несколько кг мелких рачков, поедающих водоросли, могут иметь общее дыхание, равное дыханию пасущейся на лугу коровы. В то же время биомасса множества мелких организмов обычно меньше, чем у небольшого количества крупных особей. Однако основная роль в биогенном круговороте вещества обычно принадлежит мелким организмам. Поэтому, например, в таежной экосистеме объем вещества, проходящего через детритную пищевую цепь, обычно больше, чем в пастбищной цепи.

Экологические пирамиды. Экологические пирамиды используются для описания трофической структуры сообщества. Пирамиды численности, биомассы и энергии отображают роль трофических уровней в экосистеме. Форма пирамиды численности зависит преимущественно от размера особей продуцентов, поэтому такая пирамида не имеет экологического значения. Чаще применяется пирамида биомасс, показывающая отношение биомасс трофических уровней, но и такая пирамида часто не соответствует реальному соотношению трофических уровней. Пирамида энергии дает наиболее полное представление о трофической структуре сообщества, так как ее форма диктуется вторым законом термодинамики и отражает скорость прохождения энергии пищи через пищевую цепь.

Изучение пищевых цепей. Традиционными способами выявления питания гетеротрофов было изучение содержания желудков. Однако такой метод неприменим во отношении сапрофагов, грибов, мелких животных. В настоящее время для выявления пищевых цепей в сложных природных экосистемахз используются изотопные метки, в частности, соотношения долгоживущих изотопов углерода, так как они заметно различаются у растений с различными типами фотосинтеза. Эти соотношения передаются к фитофагам, детритофагам, а затем и к хищникам. Также показательным является соотношение дейтерия и обычного водорода.