Пищевые цепи и пищевая сеть.

В функционирующей природной экосистеме не существует отходов. Все организмы, живые или мертвые, потенциально являются пищей для других организмов: гусеница ест листву, дрозд питается гусеницами, ястреб способен съесть дрозда. Когда растения, гусеница, дрозд и ястреб погибают, они в свою очередь перерабатываются редуцентами.

Пищевая цепь – последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Пищевые цепи – это также движение питательных веществ от продуцентов, консументов (травоядных, плотоядных и всеядных) к редуцентам и обратно к продуцентам.

 

Рис. 2

 

 

Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греческого слова trophos – «питающиеся»).

Организмы природных экосистем вовлечены в сложную сеть многих связанных между собой пищевых цепей. Такая сеть называется пищевой сетью.

 

Рис. 3

 

 

Движение энергии в экосистемах происходит посредством двух связанных типов пищевых сетей:

пастбищной и детритной.

 

Рис. 4

 

 

В пастбищной пищевой сети живые растения поедаются фитофагами, а сами фитофаги являются пищей для хищников и паразитов.

В детритной пищевой сети отходы жизнедеятельности и мертвые организмы разлагаются детритофагами и деструкторами до простых неорганических соединений, которые вновь используются растениями.

 

Пирамиды энергетических потоков.

С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается.

 

Правило 10%: при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 

10% передается на следующий уровень.

Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Поэтому длина пищевой цепи обычно не превышает 4 - 5 звеньев.

 

Пирамиды численностей и биомасс.

Мы можем собрать все образцы организмов в экосистеме и подсчитать численность всех видов, обнаруженных на каждом трофическом уровне. Такая информация необходима для создания пирамиды численностей для экосистем.

 

 

Рис. 5 Обобщенные пирамиды численностей в экосистемах.

 

 

Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи или сети содержит определенное количество биомассы. Ее можно вычислить, если собрать все живые организмы с различных произвольно выбранных участков. Собранные экземпляры необходимо рассортировать по трофическим уровням, высушить и взвесить. Полученные данные в дальнейшем используются для построения пирамиды биомасс для определенной экосистемы.

 

 

Рис. 6 Обобщенные пирамиды биомасс в экосистемах. Размер каждого слоя пропорционален сухой массе на квадратный метр всех организмов на данном трофическом уровне.

 

 

Чистая первичная продуктивность растений.

Скорость, с которой растения экосистемы производят полезную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью.

 

Чистая первичная продуктивность = скорость, с которой растения        -        скорость, с которой растения

                                                                    производят химическую энер-                расходуют химическую энер-

                                                                    гию в процессе фотосинтеза                   гию в процессе дыхания

 

 

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ЭКОСИСТЕМАХ.

 

 

I. Круговорот углерода

 

Рис. 7 Упрощенная диаграмма части углеродного цикла, показывающая круговорот вещества (закрашенные стрелки) и однонаправленный поток энергии (незакрашенные стрелки) в процессах фотосинтеза и аэробного дыхания.

 

 

Углерод является основным «строительным материалом» молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот (таких как ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений.

Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, из-за быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами:

- Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи 

  с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2.

- Сжигание углеродосодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при      

  этом углекислый газ попадает в атмосферу.

II. Круговорот азота.

 

Рис. 8 Упрощенная диаграмма круговорота азота.

 

 

1.       бактерии

2.       осадки

3.       азотофиксирующие бактерии и сине-зеленые водоросли

 

Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:

- Сжигание древесины или ископаемого топлива (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере

  с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром  

  может образовывать азотную кислоту (HNO3).

- Производство азотных удобрений и их широкое применение.

- Увеличение количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в 

  них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также 

  очищенных и неочищенных коммунально-бытовых канализационных стоков.

 

 

III. Круговорот фосфора.

 

Рис. 9 Упрощенная диаграмма круговорота фосфора.

 

 

1.       разработка недр 

2.       разработка недр

3.       сток и эрозия

4.       выщелачивание

5.       выщелачивание и эрозия

6.       речной сток

7.       разложение

8.       отходы и разложение

9.       птицы, питающиеся рыбой.

 

Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к двум вариантам:

- Добыча больших количеств фосфатных руд для производств минеральных удобрений и 

  моющих средств.

- Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных

  стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также

  очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.

 

IV. Круговорот серы.

 

Рис. 10 Упрощенная диаграмма круговорота серы.

 

 

Около трети всех соединений серы и 99% диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время таких технологических процессов, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.

 

 

V. Круговорот воды.

Круговорот воды или гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды.

Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами:

1.       Забор больших количеств пресной воды из рек, озер и водоносных горизонтов. В густозаселенных или интенсивно орошаемых районах водозабор привел к истощению запасов грунтовых вод или к вторжению соленой океанической воды в подземные водоносные горизонты.

2.       Сведение растительного покрова суши в интересах развития сельского хозяйства, при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, автостоянок, жилья и других видах деятельности. Это приводит к уменьшению просачивания поверхностных вод под землю, что сокращает пополнение запасов грунтовых вод, увеличивает риск наводнений и повышает интенсивность поверхностного стока, тем самым, усиливая эрозию почв.