§ 34. Трофическая структура биогеоценоза (экосистемы)

Определения и обозначения

Трофическая структура биогеоценоза — распределение организмов по способам получения пищи и передачи вещества и энергии. Она показывает, какие виды создают органическое вещество, какие его потребляют и какие разлагают остатки. Благодаря этому можно проследить связи между организмами и понять, как питание объединяет их в систему.

Трофический уровень — положение организма в передаче пищи и энергии. Оно определяется тем, чем организм питается и какую роль выполняет в цепи, а не только его названием или видом. Это понятие помогает сравнивать организмы по их месту в питании.

Трофическая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей следующему. Стрелки обычно направляют от источника пищи к потребителю: они показывают передачу вещества и энергии. Цепь позволяет рассмотреть один конкретный путь питания.

Пищевая сеть — совокупность переплетённых трофических цепей. Она отражает разнообразие пищевых связей в биогеоценозе, где один организм может быть пищей для нескольких видов, а сам питаться разными организмами. Сеть показывает связи полнее, чем отдельная цепь.

Как это устроено

Основу трофической структуры составляют продуценты: они производят органическое вещество из неорганического. Большинство растений и водорослей использует для этого энергию света, а некоторые бактерии — энергию химических реакций. Без такого первичного создания пищи другие организмы не смогли бы получать органическое вещество через питание.

Консументы получают готовое органическое вещество, поедая другие организмы или их части. Консументы первого порядка питаются продуцентами, а консументы второго и последующих порядков — другими консументами. Так вещество и энергия переходят по цепи, хотя на каждом звене меняется источник пищи.

Редуценты, например многие бактерии и грибы, разлагают мёртвые организмы и продукты их жизнедеятельности. При разложении сложные органические соединения превращаются в более простые минеральные вещества. Они возвращаются в почву, воду или воздух и снова могут быть использованы продуцентами, поэтому редуценты связывают питание с круговоротом веществ.

Трофические цепи обычно невелики, потому что передача энергии не бывает полной. Организмы расходуют её на движение, рост и другие процессы, а часть энергии рассеивается в виде тепла. Поэтому на каждый следующий уровень приходится меньше доступной энергии, и длинные цепи трудно поддерживать.

В природе отдельные цепи переплетаются: один вид может иметь несколько источников пищи и сам служить пищей разным потребителям. Так возникает пищевая сеть, которая показывает больше реальных связей, чем линейная последовательность. Если организм питается представителями разных уровней, его положение в разных цепях будет различаться.

Трофические группы биогеоценоза

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, откуда организм получает органическое вещество, а затем — какую роль он выполняет. Примеры помогают проверить ответ, но один и тот же вид может занимать разное положение в разных цепях. Редуценты действуют на остатки организмов с разных уровней, поэтому их роль не сводится к одному звену линейной цепи.

Разбор задач

Задача: в цепи «трава → заяц → лиса» определите трофические уровни и роль каждого организма. Стрелка показывает направление передачи пищи и энергии, поэтому начинать нужно с организма, который создаёт органическое вещество. Затем устанавливают, кто питается предыдущим звеном.

1. Трава создаёт органическое вещество и является продуцентом; это первый трофический уровень.
2. Заяц питается травой, значит, он консумент первого порядка и занимает второй уровень.
3. Лиса питается зайцем, поэтому она консумент второго порядка и занимает третий уровень.

Ответ: трава — продуцент первого уровня, заяц — консумент первого порядка второго уровня, лиса — консумент второго порядка третьего уровня. Уровни считают от продуцента, а не от любого выбранного животного. Такой способ рассуждения подходит и для более длинной цепи.

Задача: составьте возможную цепь питания для водорослей, мелкой рыбы, зоопланктона и крупной рыбы. Нужно поставить организмы так, чтобы каждый следующий получал пищу от предыдущего. Для этого сначала найдите продуцента, а затем проследите, кто может им питаться.

1. Водоросли создают органическое вещество и служат пищей зоопланктону.
2. Зоопланктоном питается мелкая рыба.
3. Мелкую рыбу может поедать крупная рыба; расположите её последней.

Ответ: водоросли → зоопланктон → мелкая рыба → крупная рыба. Последовательность отражает передачу пищи от источника к потребителям. Если поменять местами два звена, нужно проверить, действительно ли организм, стоящий справа, питается организмом слева.

Задача: в пищевой сети с растениями, насекомыми, лягушками, змеями и хищными птицами определите уровни лягушки и змеи и объясните, почему положение змеи может различаться. Рассмотрим возможные связи: растения питают насекомых, насекомые могут быть пищей лягушек, а лягушек — змей. В сети важно проследить путь по одной цепи за раз.

1. Растения — продуценты первого уровня, насекомые, питающиеся растениями, — консументы первого порядка.
2. Лягушка, поедающая насекомых, — консумент второго порядка, третий уровень.
3. Змея, поедающая лягушку, — консумент третьего порядка, четвёртый уровень.
4. Если змея питается также организмами другого трофического уровня, её положение в соответствующей цепи изменится.

Ответ: в цепи «растения → насекомые → лягушка → змея» лягушка занимает третий, а змея — четвёртый уровень. В другой цепи змея может занимать иное положение, поскольку её роль зависит от конкретной добычи. Это различие и объясняет, почему сеть нельзя свести к одной неизменной цепи.

Типичные ошибки

Ошибка: считать трофический уровень постоянным названием организма. Так думают, потому что у животного часто есть привычный тип пищи, но в разных цепях оно может питаться разной добычей. Проверьте себя: назовите конкретную цепь и установите, чем организм питается именно в ней.

Ошибка: смешивать пищевую цепь и пищевую сеть. Цепь описывает один путь питания, а сеть объединяет множество пересекающихся путей. Чтобы не путать понятия, спросите себя, рассматриваете ли вы одну последовательность или сразу несколько связанных цепей.

Ошибка: считать редуцентов последним звеном, которое не связано с круговоротом. Такое представление возникает, если остановиться на разложении и не проследить судьбу минеральных веществ. Проверьте ответ: продукты разложения возвращаются в среду и могут быть использованы продуцентами.

Ошибка: предполагать, что вся энергия одного уровня переходит на следующий. В действительности организмы используют энергию для жизненных процессов, а часть рассеивается в виде тепла. Проверка проста: при переходе по цепи доступной энергии становится меньше, а не остаётся неизменной.

Связь с другими темами

Для понимания трофических связей нужно различать органические и минеральные вещества и знать роли организмов в круговороте. Эта тема напрямую связана с круговоротом веществ и потоком энергии в экосистеме: вещества возвращаются в среду, а энергия передаётся и рассеивается. Позже эти представления пригодятся при изучении экологических пирамид, устойчивости экосистем и последствий исчезновения видов.

Что запомнить

• Продуценты создают органическое вещество из неорганического.
• Консументы получают органическое вещество, питаясь другими организмами.
• Редуценты разлагают органические остатки.
• Трофический уровень отражает место организма в передаче пищи и энергии.
• Пищевая сеть состоит из взаимосвязанных пищевых цепей.
• При переходе между трофическими уровнями доступной энергии становится меньше.