§ 52. Пищевые связи. Круговорот веществ и энергии в экосистемах

Определения и обозначения

Пищевая связь — связь между организмами, при которой вещество и энергия передаются через питание. Например, трава передаёт органические вещества кузнечику. Это понятие помогает увидеть зависимость организмов друг от друга.

Цепь питания — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий организм служит пищей следующему. Пример: трава → кузнечик → лягушка. Цепь показывает, по какому пути перемещаются вещество и энергия.

Пищевая сеть — совокупность взаимосвязанных цепей питания в экосистеме. Один организм обычно питается несколькими видами и сам может быть пищей для разных животных. Поэтому сеть точнее описывает реальные отношения в природе.

Трофический уровень — положение организма в цепи питания, определяемое способом получения пищи и энергии. Продуценты занимают первый уровень, растительноядные консументы — второй, а хищники располагаются выше. По уровням удобно сравнивать передачу энергии в экосистеме.

Как это устроено

Продуценты, прежде всего зелёные растения, создают органические вещества из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза. Для этого используется энергия света, поэтому растения становятся началом большинства цепей питания. Без них готовая органика не поступала бы в пищевую систему экосистемы, а энергия не связывалась бы в запасах пищи.

Консументы не умеют создавать органические вещества из неорганических и получают их с пищей. Консументы первого порядка поедают растения, а консументы второго и последующих порядков питаются животными. Такое последовательное питание передаёт вещества и энергию от одного трофического уровня к другому.

Редуценты, к которым относятся многие бактерии и грибы, используют органические остатки и отходы как источник веществ и энергии. При разложении сложные соединения превращаются в минеральные вещества, доступные растениям. Благодаря этому элементы возвращаются в почву, воду и воздух, а не остаются запертыми в мёртвой органике.

Стрелку в цепи питания направляют от организма, служащего пищей, к организму, который его поедает. Так обозначают поток вещества и энергии: трава → кузнечик означает, что кузнечик получает их из травы. При переходе энергии на следующий уровень её становится меньше, потому что часть расходуется на жизнедеятельность и рассеивается как тепло. Вещества при этом не исчезают, а после разложения могут снова войти в круговорот.

Роль групп организмов в пищевых связях и круговороте веществ

Таблица помогает сравнить три функциональные группы экосистемы. При анализе сначала найдите источник органики и энергии, затем определите участие группы в цепи питания и круговороте веществ.

Разбор задач

Задача 1. Составьте цепь питания из организмов: трава, лягушка, кузнечик, уж, ястреб. Нужно расположить их по направлению передачи вещества и энергии. Начинать следует с организма, который сам создаёт органику.

1. Трава — продуцент, поэтому она занимает первое место.
2. Кузнечик питается травой и становится консументом первого порядка.
3. Лягушка поедает кузнечика, затем уж может поедать лягушку, а ястреб — ужа.

Ответ: трава → кузнечик → лягушка → уж → ястреб.

Задача 2. Определите трофический уровень каждого организма в цепи фитопланктон — дафния — окунь — щука. Сначала нужно найти продуцента, а затем считать уровни по порядку передачи пищи. Каждый следующий организм получает номер на единицу больше.

1. Фитопланктон создаёт органические вещества, поэтому это первый трофический уровень.
2. Дафния питается фитопланктоном и занимает второй уровень, то есть является консументом первого порядка.
3. Окунь занимает третий уровень, а щука — четвёртый.

Ответ: фитопланктон — I уровень, дафния — II, окунь — III, щука — IV.

Задача 3. Объясните, что произойдёт, если резко уменьшится количество редуцентов. Рассуждать нужно не только о самих бактериях и грибах, но и о последствиях для всей экосистемы.

1. Разложение замедлится, поэтому мёртвые остатки и отходы начнут накапливаться.
2. Минеральные вещества будут медленнее возвращаться в почву и воду, и продуценты станут получать меньше доступных элементов.
3. Снижение роста растений уменьшит кормовую базу консументов, поэтому нарушатся пищевые связи и численность многих организмов.

Ответ: уменьшение редуцентов нарушит круговорот веществ, вызовет накопление органики и постепенно ослабит все пищевые уровни.

Типичные ошибки

Стрелку направляют от хищника к жертве. Так происходит, если воспринимать её как направление охоты. Проверьте себя вопросом: откуда организм получает пищу и энергию — оттуда и идёт стрелка.

Считают, что энергия возвращается в экосистему. Энергию путают с веществами, потому что и то и другое передаётся по цепи. Помните: вещества участвуют в круговороте, а энергия рассеивается в виде тепла и требует нового поступления.

Консументами называют только хищников. Такая ошибка возникает из-за привычного связывания потребления с охотой. К консументам относятся все организмы, питающиеся готовыми органическими веществами, включая растительноядных.

Пищевую сеть принимают за одну цепь. В сети один организм может иметь несколько источников пищи и врагов. Если от вида можно провести несколько пищевых связей, перед вами сеть взаимосвязанных цепей.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об экосистеме, продуцентах, консументах, редуцентах и фотосинтезе. Эти понятия объясняют, кто создаёт органику, кто её потребляет и кто разлагает остатки.

Пищевые связи связаны с круговоротами углерода, азота и воды. Через питание и деятельность редуцентов химические элементы переходят между организмами и окружающей средой.

Знания пригодятся при изучении устойчивости экосистем, экологических пирамид и влияния деятельности человека на природу. Изменение одного уровня может вызвать цепную реакцию во всей пищевой сети.

Что запомнить

• Большинство пищевых цепей начинается с продуцентов.
• Консументы получают органические вещества с пищей.
• Редуценты разлагают органические остатки до минеральных веществ.
• Пищевая сеть объединяет взаимосвязанные цепи питания.
• Вещество в экосистеме участвует в круговороте.
• Энергия проходит через экосистему в одном направлении и постепенно рассеивается.
• При переходе между трофическими уровнями передаётся только часть энергии.