Пастбищные и детритные цепи. Трофические уровни

Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превращения энергии. Оно обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) связям между видами, относящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из минеральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консументам и претерпевают химические превращения. В результате жизнедеятельности преимущественно редуцентов атомы основных биогенных химических элементов переходят из органических веществ в неорганические (СО₂, NH₃, H₂S, H₂O). Затем неорганические вещества используются продуцентами для создания из них новых органических веществ. А они снова с помощью продуцентов вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не использовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безграничны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в экосистеме должны быть в наличии все три функциональные группы организмов. И между ними должно происходить постоянное взаимодействие в виде трофических связей с образованием трофических (пищевых) цепей, или цепей питания.

Цепь питания (пищевая цепь) — последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену).

При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. В зависимости от вида исходного источника вещества и энергии цепи питания подразделяют на два типа: пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения).

Пастбищные цепи (цепи выедания) — пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов и включают консументов разных порядков. В общем виде пастбищную цепь можно показать следующей схемой:

Продуценты -> Консументы I порядка -> Консументы II порядка -> Консументы III порядка

Например: 1) пищевая цепь луга: клевер луговой — бабочка — лягушка — змея; 2) пищевая цепь водоема: хламидомонада — дафния — пескарь — судак. Стрелки в схеме показывают направление переноса вещества и энергии в цепи питания.

Каждый организм в цепи питания относится к определенному трофическому уровню.

Трофический уровень — совокупность организмов, которые в зависимости от способа их питания и вида корма составляют определенное звено пищевой цепи.

Трофические уровни принято нумеровать. Первый трофический уровень составляют автотрофные организмы — растения (продуценты), на втором трофическом уровне находятся растительноядные животные (консументы I порядка), на третьем и последующих уровнях — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков).

В природе почти все организмы питаются не одним, а несколькими видами корма. Следовательно, любой организм может находиться на разных трофических уровнях в одной и той же пищевой цепи в зависимости от характера корма. Например, ястреб, питаясь мышами, занимает третий трофический уровень, а поедая змей — четвертый. Кроме того, один и тот же организм может быть звеном разных пищевых цепей, связывая их между собой. Так, ястреб может съесть ящерицу, зайца или змею, которые входят в состав разных цепей питания.

В природе пастбищные цепи в чистом виде не встречаются. Они связаны между собой общими пищевыми звеньями и образуют пищевую сеть, или сеть питания. Ее наличие в экосистеме способствует выживанию организмов при недостатке определенного вида корма благодаря возможности использовать другой корм. И чем шире видовое разнообразие особей в экосистеме, тем больше пищевых цепей в составе пищевой сети и тем устойчивее экосистема. Выпадение одного звена из цепи питания не нарушит всей экосистемы, так как могут быть использованы источники питания из других пищевых цепей.

Детритные цепи (цепи разложения) — пищевые цепи, которые начинаются с детрита, включают детритофагов и редуцентов и заканчиваются минеральными веществами. В детритных цепях происходит перенос вещества и энергии детрита между детритофагами и редуцентами через продукты их жизнедеятельности.

Например: погибшая птица — личинки мух — плесневые грибы — бактерии — минеральные вещества. Если детрит не требует механического разрушения, то он сразу превращается в перегной с последующей минерализацией.

Благодаря детритным цепям в природе замыкается круговорот веществ. Отмершие органические вещества в детритных цепях превращаются в минеральные, которые поступают в среду, а из нее поглощаются растениями (продуцентами).

Пастбищные цепи преимущественно располагаются в надземных, а цепи разложения — в подземных ярусах экосистем. Взаимосвязь пастбищных цепей с детритными осуществляется через детрит, попадающий в почву. Детритные цепи связаны с пастбищными через минеральные вещества, извлекаемые из почвы продуцентами. Благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей в экосистеме формируется сложная пищевая сеть, обеспечивающая постоянство процессов превращения вещества и энергии.

Экологические пирамиды

Процесс превращения вещества и энергии в пастбищных цепях имеет определенные закономерности.
каждом трофическом уровне пастбищной цепи не вся съеденная биомасса идет на образование биомассы консументов данного уровня. Значительная ее часть затрачивается на процессы жизнедеятельности организмов: движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д. Кроме того, часть корма не усваивается и в виде продуктов жизнедеятельности попадает в окружающую среду. Другими словами, большая часть вещества и содержащейся в нем энергии при переходе от одного трофического уровня к другому теряется. Процент усвояемости сильно варьирует и зависит от состава пищи и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что на каждом трофическом уровне пищевой цепи теряется в среднем около 90 % энергии, и только 10 % переходит на следующий уровень. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал эту закономерность как правило 10 %. Используя это правило, можно рассчитать количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.

Если на каждом трофическом уровне пищевой цепи определить число особей, или их биомассу, или количество заключенной в ней энергии, то станет очевидным уменьшение этих величин по мере продвижения к концу цепи питания. Эту закономерность впервые установил английский эколог Ч. Элтон в 1927 г. Он назвал ее правилом экологической пирамиды и предложил выражать графически. Если любую из вышеуказанных характеристик трофических уровней изобразить в виде прямоугольников с одинаковым масштабом и расположить их друг над другом, то получится экологическая пирамида.

Известны три типа экологических пирамид. Пирамида чисел отражает численность особей в каждом звене пищевой цепи. Однако в экосистеме второй трофический уровень (консументы I порядка) численно может быть богаче первого трофического уровня (продуцентов). В этом случае получается перевернутая пирамида чисел. Это объясняется участием в таких пирамидах особей, не равноценных по размерам. Примером может служить пирамида чисел, состоящая из лиственного дерева, листогрызущих насекомых, мелких насекомоядных и крупных хищных птиц. Пирамида биомассы отражает количество органического вещества, накопленного на каждом трофическом уровне пищевой цепи. Пирамида биомассы в наземных экосистемах правильная. А в пирамиде биомассы для водных экосистем биомасса второго трофического уровня, как правило, больше биомассы первого при определении ее в конкретный момент. Но поскольку водные продуценты (фитопланктон) имеют высокую скорость образования продукции, то в конечном итоге их биомасса за сезон все равно будет больше биомассы консументов I порядка. А это значит, что в водных экосистемах также соблюдается правило экологической пирамиды. Пирамида энергии отражает закономерности расходования энергии на разных трофических уровнях.

Таким образом, запас вещества и энергии, накопленный растениями в пастбищных пищевых цепях, быстро расходуется (выедается), поэтому эти цепи не могут быть длинными. Обычно они включают от трех до пяти трофических уровней.

В экосистеме продуценты, консументы и редуценты связаны трофическими связями и образуют цепи питания: пастбищные и детритные. В пастбищных цепях действует правило 10 % и правило экологической пирамиды. Можно построить три типа экологических пирамид: чисел, биомассы и энергии.

Источник: jbio.ru

Существует 2 основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные. 

В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка. 

В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи. 

Наземные детритные цепи питания более энергоемки, поскольку большая часть органической массы, создаваемое автотрофными организмами, остается невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10% энергии и веществ запасенных автотрофами, 90% же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения. 

Пример пастбищной цепи: продуценты(зеленые растения)-овцы(консументы первого порядка)-человек(консумент 2 порядка)….ну а тут начинается цепь разложения….органические останки разлагаются редуцентами.

41. трансформация вещества и энергии в экосистеме. Правило 10%

Экосистема — это любая совокупность организмов разных видов и неорганических ком-понентов, в которой возможно осуществление круговоротавеществ и превращения энергии. Таким образом, понятие «экосистема» шире, чем понятие «биогеоценоз». В экосистеме все организмы связаны между собой пищевыми связями и образуют пищевые цепи. Пищевая цепь — это линейная последовательность организмов, в которой происходит передача вещества и энергии от одного звена к другому. В зависимости от того, с чего начинается пищевая цепь, они подразделяются на два типа:пастбищные цепи, или цепи выедания, — это пищевые цепи, начинающиеся с продуцентов. Например: капуста ^ гусеница ^ синица ^ ястреб ^ человек. детритные цепи, или цепи разложения, — это пищевые цепи, начинающиеся с детрита. Например: опавшие листья (детрит) ^ дождевой червь ^ плесневые грибы ^ микро-организмы ^ биогены.

Место организма в пищевой цепи относительно ее начала называется трофическим уровнем и обозначается римской цифрой. Трофических уровней столько, сколько пищевых звеньев в цепи питания. Однако, в связи с тем, что почти все организмы являются олиго- или полифагами, то они могут находиться на разных трофических уровнях в одной и той же пищевой цепи в зависимости от характера пищи. Кроме того, они могут быть звеньями разных пищевых цепей одновременно. В результате этого пищевые цепи в чистом виде в природе не встречаются. Переплетаясь между собой, они образуют пищевые сети.

Правило 10%

На каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90%, и только около одной десятой доли переходит к очередному потребителю. Это правило передачи энергии в пищевых связях организмов называют «правилом десяти процентов».

Представителям четвертого трофического уровня (например, хищнику, поедающему другого хищника) достанется только около одной тысячной доли той энергии, усвоенной растением, с которого начиналась пищевая цепь. Поэтому отдельные цепи питания в природе не могут иметь слишком много звеньев, энергия в них быстро иссякает.

Источник: StudFiles.net

Пастбищная цепь

Пастбищная цепь содержит три звена:

• продуценты – автотрофные организмы, самостоятельно синтезирующие энергию;
• консументы – гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества путём поедания продуцентов или консументов низшего порядка;
• редуценты – сапротрофы, питающиеся остатками органических веществ – детритом.

Рис. 1. Звенья пастбищной цепи.

Пастбищные цепочки характерны для лугов, лесов, озёр, морей. Цепи водных экосистем более длинные, чем наземные, и могут включать 6-7 звеньев.

Пастбищная цепь всегда начинается с продуцентов – фотосинтезирующих растений. Продуцентами наземной цепи являются цветковые растения, папоротники, мхи, водной – фитопланктон и многоклеточные водоросли.
К консументам относятся организмы трёх видов:

• травоядные – непосредственно потребляют продуценты и являются консументами первого порядка;
• хищники – питаются травоядными и хищными организмами, т.е. являются консументами второго и последующего порядка;
• падальщики – потребляют трупы травоядных и хищных организмов, обычно являются консументами последнего порядка.

Рис. 2. Различные консументы.

К редуцентам относятся одноклеточные и многоклеточные организмы, которые используют отмершие организмы (продуценты и консументы) в качестве питательной среды. Разлагающиеся с помощью одноклеточных организмов органические останки называются детритом. В результате разложения образуются неорганические вещества, которые потребляют растения. Здесь цепь замыкается.

Примеры

Несколько примеров пастбищной пищевой цепи:

• полевая: цветковые растения – насекомые-опылители – ящерица – хищная птица;
• луговая: трава – заяц – лисица;
• лесная: древесина – жуки-короеды – дятел – сова;
• речная: фитопланктон – дафния – плотва – окунь – щука – выдра;
• морская: фитопланктон – циклоп – килька – кайра.

Рис. 3. Примеры пастбищной цепи.

Источник: obrazovaka.ru

Виды пищевых взаимоотношений

Внутри экосистем органические вещества производятся автотрофами (продуцентами). Растения, в свою очередь, поедаются растительноядными животными (консументами первого порядка), которых затем съедают хищные животные (консументами второго порядка). Эта цепь питания из 3 звеньев является примером правильной пищевой цепи.

Различают:

• Пастбищные пищевые цепочки;
• Детритные пищевые цепочки;
• Паразитические пищевые цепочки.

Пастбищные цепи

Трофические цепи начинаются с авто- или хемотрофов (продуцентов) и включают гетеротрофов в виде консументов различных порядков. Такие пищевые цепи широко распространены в сухопутных и морских экосистемах. Их можно нарисовать и составить в виде схемы:

Продуценты —> Консументы I порядка —> Консументы I. I. порядка—> Консументы III порядка.

Типичным примером является пищевая цепь луга (это может быть и лесная зона, и пустыня, в этом случае будут отличаться лишь биологические виды различных участников трофической цепи и разветвлённость сети пищевых взаимодействий).

Итак, цветок с помощью энергии Солнца производит для себя питательные вещества, то есть является продуцентом и первым звеном в цепи. Бабочка, которая питается нектаром этого цветка — консумент I порядка и второе звено. Лягушка, также обитающая на лугу и являющаяся насекомоядным животным, съедает бабочку — третье звено в цепи, консумент II порядка. Лягушку проглатывает уж — четвёртое звено и консумент III порядка, ужа съедает ястреб — консумент IV порядка и пятое, как правило, последнее звено в пищевой цепочке. Человек может присутствовать в этой цепи также в роли консумента.

В водах Мирового океана автотрофы, представленные одноклеточными водорослями, могут существовать лишь до тех пор, пока сквозь толщу воды способен проникать солнечный свет. Это глубина 150—200 метров. Гетеротрофы могут жить и в более глубоких слоях, в ночное время поднимаясь к поверхности для подкормки водорослями, а утром вновь уходя на обычную глубину, совершая при этом вертикальные миграции до 1 километра в сутки. В свою очередь, гетеротрофы, являющиеся консументами последующих порядков, обитающие ещё глубже, утром поднимаются до уровня обитания консументов I порядка, чтобы питаться ими.

Таким образом, мы видим, что в глубоких водоёмах, как правило, морях и океанах, существует такое понятие, как «пищевая лестница». Его смысл заключается в том, что органические вещества, которые создаются водорослями в поверхностных слоях земли, переносятся по пищевой цепочке до самого дна. Учитывая этот факт, можно считать обоснованным мнение некоторых экологов о том, что весь водоём можно считать единым биогеоценозом.

Детритные трофические взаимосвязи

Чтобы понять, что такое детритная пищевая цепь, нужно начать с самого понятия «детрит». Детрит — это совокупность остатков отмерших растений, трупов и конечных продуктов обмена животных.

Детритные цепи являются типичными для сообществ внутриконтинентальных вод, дна озер, имеющих большую глубину, и океанов, многие представители которых питаются именно детритом, образованным остатками мёртвых организмов из верхних слоев или случайно попавших в водоем из экологических систем, находящихся на суше, в виде, например, листового опада.

Донные экологические системы океанов и морей, где нет продуцентов ввиду отсутствия солнечного света, и вовсе могут существовать только за счёт детрита, общая масса которого в Мировом океане за календарный год может достигать сотни миллионов тонн.

Также детритные цепи распространены в лесах, где немалая часть ежегодного прироста биомассы продуцентов не может быть употреблена в пищу непосредственно первым звеном консументов. Поэтому она отмирает, образуя опад, который, в свою очередь, разлагается сапротрофами, а затем минерализуется редуцентами. Важную в роль в образовании детрита лесных сообществ играют грибы.

Гетеротрофы, которые питаются непосредственно детритом — это детритофаги. В наземных экологических системах к детритофагам относят некоторые виды членистоногих, в частности насекомых, а также кольчатых червей. Крупных детритофагов среди птиц (грифов, ворон) и млекопитающих (гиен) принято называть падальщиками.

В экологических системах вод основную массу детритофагов составляют водные насекомые и их личинки, а также некоторые представители ракообразных. Детритофаги могут служить пищей для более крупных гетеротрофов, которые также, в свою очередь, в дальнейшем могут стать пищей для консументов высших порядков.

Паразитические цепи

Трофические цепи начинаются со свободноживущего организма, на котором могут вести паразитический образ жизни паразиты I порядка, а на них уже могут паразитировать паразиты II порядка и т. д.

Пример: Круглый червь аскарида паразитирует на холоднокровных животных и является паразитом I порядка, но и она, в свою очередь, может быть хозяином для паразитирующих в её клетках одноклеточных эукариотов, паразитов II порядка, которые будут хозяевами для паразитов III порядка — бактерий, являющихся хозяевами, но уже для паразитов IV порядка — вирусов (бактериофагов).

Трофические уровни

Звенья пищевой цепочки иначе называют трофическими уровнями. По определению это группа организмов, которая занимает конкретное место в пищевой цепочке и представляющая для каждого из последующих уровней источник энергии — пищу.

Организмами I трофического уровня в пастбищных пищевых цепях являются первичные продуценты, автотрофы, то есть растения, и хемотрофы — бактерии, использующие энергию химических реакций для синтеза органических веществ. В детритных же системах автотрофы отсутствуют, а I трофический уровень детритной трофической цепи образует собственно детрит.

II трофический уровень пищевой цепочки формируют консументы I порядка — растительноядные организмы, называемые фитофагами. Сюда же относят высших и низших растений-паразитов, а также представителей зоопланктона, которые употребляют в пищу фитопланктон.

III трофический уровень образуют консументы II порядка — хищные животные — зоофаги, которые употребляют в качестве пищи фитофагов. Это хищники I порядка — небольшие млекопитающие и птицы, основной рацион которых составляют насекомые. К этой группе также относят эндо- и эктопаразитов зоофагов, а также тех фитофагов, которые питаются растениями-паразитами.

IV трофический уровень формируется консументами III порядка — более крупными хищниками II порядка, а также животными, которые паразитируют на хищниках I порядка.

Последний, V трофический уровень представлен организмами, которые потребляют мёртвые органические вещества и конечные продукты распада. Эти организмы называют деструкторами или редуцентами. Редуценты в основном представлены беспозвоночными животными, являющимися некро-, сапро- и копрофагами, использующими в пищу остатки, отходы и мёртвую органику. Также к этой группе относят растения-сапрофаги, которые разлагают листовой опад.

Ещё к уровню деструктуров относят гетеротрофные микроорганизмы, способные превращать органические вещества в неорганические (минеральные), образуя окончательные продукты — двуокись углерода и воду, которые возвращаются в экологическую систему и вновь вступают в природный круговорот веществ.

Значение пищевых взаимосвязей

• Изучение пищевых цепей помогает лучше понять взаимоотношения между разными организмами и проследить их взаимодействие между собой в окружающем мире.
• Благодаря наличию трофических цепей у исследователей есть возможность правильно определить механизм энергетических потоков и циркуляцию веществ в экосистеме.
• На каждый последующий уровень из предыдущего переходит максимум 15% энергии. Соответственно, продуцентов намного больше, чем консументов. А консументов намного больше, чем редуцентов. Это так называемая проблема биоусиления. Однако, несмотря на огромную конкуренцию, все организмы взаимосвязаны, и смерть всего лишь одного вида может воздействовать на все остальные и привести к совершенно непредсказуемым последствиям. Соответственно, пищевые цепи в экосистеме являются её важными составляющими, без которых она не сможет нормально функционировать.

Источник: 1001student.ru

• Организмы первого трофического уровня в пастбищных пищевых цепях — это первичные продуценты, автотрофные организмы — растения лугов, лесов, водоемов, хемосинтезирующие бактерии. В детритных пищевых цепях автотрофные организмы отсутствуют, а первый трофический уровень детритной пищевой цепи образует детрит.
• Второй трофический уровень цепи питания образуют консументы первого порядка — в основном растительноядные животные — фитофаги. Кроме того, в его состав входят высшие и низшие растения-паразиты, а также питающиеся фитопланктоном представители зоопланктона.
• Третий трофический уровень составляют консументы второго порядка — плотоядные животные — зоофаги, поедающие растительноядных животных. Это хищники первого порядка — мелкие млекопитающие, насекомоядные птицы. Сюда же относятся эндо- и эктопаразиты зоофагов, а также те фитофаги, которые живут за счет поедания растений-паразитов.
• Четвертый трофический уровень представлен консументами третьего порядка — более крупными плотоядными животными — хищниками второго порядка, а также животными, паразитирующими на хищниках первого порядка.
• Конечным, пятым, трофическим уровнем являются потребители мертвого органического вещества и продуктов жизнедеятельности — деструкторы (редуценты). К ним относятся: беспозвоночные животные — сапрофаги, копрофаги, некрофаги, поедающие остатки, отбросы и трупы организмов; растения-сапрофаги, питающиеся органическими веществами растительного опада и отпада; гетеротрофные микроорганизмы, осуществляющие окончательное разложение растительных и животных органических веществ до простых минеральных соединений (СО₂, Н₂О), которые возвращаются в экосистему и вновь принимают участие в круговороте веществ усваиваясь автотрофными организмами.

Обычно различные трофические уровни в экосистемах не разделены в пространстве. Однако в некоторых случаях они достаточно четко дифференцированы. Например, в геотермальных источниках автотрофные организмы — сине-зеленые водоросли и автотрофные бактерии, образующие специфические водорослево-бактериальные сообщества («маты») распространены при температуре свыше 40-45° С. При более низких температурах они не выживают.

С другой стороны, гетеротрофные организмы (моллюски, личинки водных насекомых и др.) в геотермальных источниках не встречаются при температурах более 33-36° С, поэтому они питаются фрагментами мата, сносимого течением в зоны с более низкой температурой.

Таким образом, в таких геотермальных источниках четко выделяется автотрофная зона, где распространены только автотрофные организмы, и гетеротрофная зона, где автотрофные организмы отсутствуют и встречаются только гетеротрофные организмы.

В экологических системах, несмотря на существование ряда параллельных пищевых цепей, например,

травянистая растительность -> грызуны -> мелкие хищники
травянистая растительность -> копытные -> крупные хищники,

которые объединяют обитателей почвы, травянистого покрова, древесного яруса, существуют и другие взаимосвязи. В большинстве случаев один и тот же организм может служить источником пищи для многих организмов и тем самым являться составной частью различных пищевых цепей и жертвой разных хищников. Например, дафнию может съесть не только мелкая рыба, но и хищный рачок циклоп, а плотву — не только щука, но и выдра.

В результате таких взаимосвязей в экосистеме формируются трофические (от греч. trophe — питание) сети — сложный тип взаимоотношений, включающий разные цепи питания (рис. 3, 4, 5). Сложность пищевых цепей многократно возрастает, если принять во внимание, что у членов цепей питания — организмов-хозяев — имеются многочисленные специфические паразиты, которые в свою очередь являются звеньями других цепей. Например, обыкновенная белка является хозяином 50 видов паразитов.

Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.

Изображают трофическую структуру при помощи экологических пирамид.

Источник: bono-esse.ru