Лекция 3. Функционирование экосистем.

Пищевая цепь и типы питания.

 

В природе существует два основных типа питания – автотрофный и гетеротрофный.

Автотрофы (растения и некоторые виды бактерий) создают органическое вещество своего тела из неорганического в результате процессов фотосинтеза или хемосинтеза (реже).

Гетеротрофы используют чужое органическое вещество, которое получают в процессе питания.

Благодаря системе взаимодействий (экологических факторов) у экосистем появляются новые свойства, главное из которых – способность к самоподдержанию, что осуществляется благодаря круговороту веществ и потоку энергии в пищевых (трофических) цепях.

Пищевая цепь включает продуцентов, фотосинтезирующих растений и бактерий, способных создавать органическое вещество из неорганического за счет энергии Солнца; консументов – потребителей созданного продуцентами органического вещества: редуцентов – разлагателей мертвого органического вещества.

Пищевые цепи бывают двух типов – пастбищные и детритные.

Пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов и заканчивается консументами высоких порядков.

Детритная цепь начинается с мертвой органики (детрита), трансформируется через детритофагов I порядка (бактерии) к детритофагам II порядка (черви, личинки насекомых и др.), а затем переходит к консументам, где образует единую систему с пастбищной цепью.

Экологические пирамиды.

 

Пищевые цепи могут быть записаны в иной форме – как пирамиды.

Экологическая пирамида, представляющая собой трофическую структуру, основанием которой служит уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды, может быть трех основных типов:

1) пирамида чисел, отражающая численность отдельных организмов;

2) пирамида биомассы, характеризующая общий сухой вес, калорийность или другую меру общего количества живого вещества;

3) пирамида энергии, показывающая величину потока энергии и (или) “продуктивность” на последовательных трофических уровнях».

Если пирамиды численностей и биомассы могут быть перевернутыми (последующий уровень шире предыдущего), то энергетическая пирамида всегда сужается кверху, поскольку энергия теряется на каждом последующем уровне.

 

Продуктивность экосистем.

 

Важнейшей характеристикой экосистемы является ее продуктивность, под которой понимается как рост организмов, так и создание органического вещества. В продукт фотосинтеза превращается от 1 до 2% поглощенной растениями солнечной энергии.

Среди произведенной в процессе фотосинтеза продукции выделяют первичную продуктивность, которая определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается организмами-продуцентами, главным образом зелеными растениями.

Ее разделяют на валовую первичную продукцию (ВПП), включая ту органику, которая была израсходована на дыхание, и чистую первичную продукцию (ЧПП) - за вычетом использованной при дыхании растений (40-70%).

Чистая продуктивность сообщества - скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами. Скорость накопления энергии на уровне консументов называют вторичной продуктивностью. В соответствии со вторым началом термодинамики поток энергии с каждой ступенью уменьшается, так как при превращениях одной формы энергии в другую часть энергии теряется в виде тепла.

В стабильных сообществах практически вся продукция тратится в пищевых цепях, и биомасса сообщества остается постоянной.

Эффективность природных систем много ниже КПД электромоторов и других двигателей. В живых системах много «горючего» уходит на «ремонт» (что, кстати, не учитывается при расчете КПД двигателей).

Любое повышение эффективности биологических систем оборачивается увеличением затрат на их поддержание. Экологическая система - это машина, из которой нельзя «выжать» больше, чем она способна дать. Всегда наступает предел, после которого выигрыш от роста эффективности сводится на «нет» ростом расходов и риском разрушения системы.