Co decyduje o liczbie poziomów troficznych. Poziomy troficzne, rodzaje, znaczenie, wzorce i definicja łańcucha pokarmowego

Poziom 1, producenci

2 poziom, zając

Trzeci poziom, lis

4 poziom, orzeł

Poziom troficzny- jednostka oznaczająca oddalenie organizmu od producentów w łańcuchu pokarmowym (troficznym). Słowo troficzny pochodzi z greki τροφή (trophe) - jedzenie.

Zwiększa się zarówno liczba poziomów troficznych, jak i złożoność ich badań, z wyjątkiem okresowych masowych wymierań.

Poziomy

W łańcuchu pokarmowym jest kilka poziomów. Łańcuch pokarmowy rozpoczyna się na poziomie 1 - zawiera producentów takich jak rośliny. Na poziomie 2 są zwierzęta roślinożerne, które żywią się producentami. Mięsożercy znajdują się na poziomie 3. Czasami łańcuch pokarmowy kończy się drapieżnikami wierzchołkowymi, które znajdują się na poziomach troficznych 4 lub 5. Społeczności ekologiczne o większej różnorodności biologicznej tworzą bardziej złożone ścieżki troficzne.

Sposoby zdobywania pożywienia

Pojęcie „poziomu troficznego” wprowadził Raymond Lindemann w 1942 r., opierając się na terminologii Augusta Tienmanna (1926), który sposoby pozyskiwania pożywienia nazwał:

Poziomy troficzne nie zawsze są definiowane przez naturalne liczby całkowite, ponieważ organizmy często żywią się różnymi pokarmami i znajdują się na więcej niż jednym poziomie troficznym. Na przykład niektóre zwierzęta mięsożerne jedzą również rośliny. Duży drapieżnik może zjadać zarówno mniejsze drapieżniki, jak i roślinożerców. Orki są głównymi drapieżnikami, ale dzielą się na odrębne gatunki, które polują na określone ofiary - tuńczyki, małe rekiny i foki. Daniel Poli przedstawił obliczenia poziomów troficznych:

T L ja = 1 + ∑ jot (T L jot ⋅ re do ja jot) (\ Displaystyle TL_ (i) = 1 + \ suma _ (j) (TL_ (j) \ cdot DC_ (ij)) \ !},

Gdzie T L jot (\ displaystyle TL_ (j)) to troficzny poziom zdobyczy J, A re do ja jot (\ Displaystyle DC_ (ij)) jest udziałem J w diecie organizmu I.

] [Język rosyjski] [Język ukraiński] [Język białoruski] [Literatura rosyjska] [Literatura białoruska] [Literatura ukraińska] [Podstawy zdrowia] [Literatura obca] [Przyrodoznawstwo] [Człowiek, społeczeństwo, państwo] [Inne podręczniki]

§ 8. Poziomy troficzne. Piramidy ekologiczne

Pojęcie poziomów troficznych. Poziom troficzny- Jest to grupa organizmów zajmujących określoną pozycję w całym łańcuchu pokarmowym. DO organizmy, które otrzymują energię ze słońca przez tę samą liczbę kroków, należą do jednego poziomu troficznego.

Taka kolejność i podporządkowanie grup organizmów połączonych w postaci poziomów troficznych jest przepływem materii i energii w ekosystemie, podstawą jego organizacji.

Struktura troficzna ekosystemu. W wyniku sekwencji przemian energetycznych w łańcuchach pokarmowych, każda społeczność żywych organizmów w ekosystemie nabywa określoną struktura troficzna. Struktura troficzna zbiorowisk odzwierciedla stosunek między producentami, konsumentami (oddzielnie pierwszego, drugiego, itd. rzędu) i rozkładającymi, wyrażony albo liczbą osobników organizmów żywych, albo ph biomasy, czyli zawartej w nich energii, w przeliczeniu na jednostkę powierzchni na jednostkę czasu.

Struktura troficzna jest zwykle przedstawiana jako piramidy ekologiczne. Ten graficzny model został opracowany w 1927 roku przez amerykańskiego zoologa Charlesa Eltona. Podstawę piramidy stanowi pierwszy poziom troficzny – poziom producentów, a kolejne piętra piramidy tworzą kolejne poziomy – konsumenci różnych rzędów. Wysokość wszystkich bloków jest taka sama, a długość jest proporcjonalna do ilości, biomasy lub energii na odpowiednim poziomie. Istnieją trzy sposoby budowania piramid ekologicznych.

1. Piramida liczb(liczby) odzwierciedla liczbę pojedynczych organizmów na każdym poziomie. Na przykład, aby nakarmić jednego wilka, potrzebujesz przynajmniej kilku zajęcy, na które mógłby polować; aby nakarmić te zające, potrzebujesz dość dużej liczby różnych roślin. Czasami piramidy liczb można odwrócić lub odwrócić. Dotyczy to leśnych łańcuchów pokarmowych, w których drzewa służą jako producenci, a owady jako główni konsumenci. W tym przypadku poziom konsumentów pierwotnych jest liczbowo bogatszy niż poziom producentów (duża liczba owadów żeruje na jednym drzewie).

2. Piramida biomasy- stosunek mas organizmów o różnych poziomach troficznych. Zwykle w biocenozach lądowych łączna masa producentów jest większa niż każde kolejne ogniwo. Z kolei łączna masa konsumentów pierwszego rzędu jest większa niż konsumentów drugiego rzędu i tak dalej. Jeśli organizmy nie różnią się zbytnio wielkością, wykres zwykle przedstawia piramidę schodkową ze zwężającym się wierzchołkiem. Tak więc do uformowania 1 kg wołowiny potrzeba 70-90 kg świeżej trawy.

W ekosystemach wodnych możliwe jest również uzyskanie odwróconej lub odwróconej piramidy biomasy, gdy biomasa producentów jest mniejsza niż konsumentów, a czasami rozkładających. Na przykład w oceanie, przy dość wysokiej produktywności fitoplanktonu, jego całkowita masa w danym momencie może być mniejsza niż masa konsumentów konsumpcyjnych (wieloryby, duże ryby, mięczaki).

Piramidy liczb i odzwierciedlają biomasę statyczny systemy, tj. charakteryzują liczbę lub biomasę organizmów w określonym przedziale czasu. Nie dostarczają one pełnych informacji o strukturze troficznej ekosystemu, chociaż pozwalają rozwiązać szereg praktycznych problemów, zwłaszcza tych związanych z utrzymaniem stabilności ekosystemów. Piramida liczb umożliwia np. obliczenie dopuszczalnej wartości połowu ryb lub odstrzału zwierząt w okresie polowań bez konsekwencji dla ich normalnego rozmnażania.

3. Piramida energii odzwierciedla wielkość przepływu energii, prędkość przejścia masy żywności przez łańcuch pokarmowy. Na strukturę biocenozy duży wpływ ma nie ilość energii stałej, ale tempo produkcji żywności.

Ustalono, że maksymalna ilość energii przenoszona na następny poziom troficzny może w niektórych przypadkach wynosić 30% poprzedniego, i to w najlepszym przypadku. W wielu biocenozach, łańcuchach pokarmowych, wartość przekazywanej energii może wynosić zaledwie 1%.

W 1942 r. sformułował je amerykański ekolog R. Lindeman prawo piramidy energii (prawo 10 procent), zgodnie z którym średnio około 10% energii otrzymywanej przez poprzedni poziom piramidy ekologicznej przechodzi z jednego poziomu troficznego przez łańcuchy pokarmowe na inny poziom troficzny. Reszta energii jest tracona w postaci promieniowania cieplnego, ruchu itp. Organizmy w wyniku procesów metabolicznych tracą około 90% całej energii w każdym ogniwie łańcucha pokarmowego, która jest zużywana na utrzymanie ich funkcji życiowych.

Gdyby zając zjadł 10 kg materii roślinnej, wówczas jego własna waga mogłaby wzrosnąć o 1 kg. Lis czy wilk, jedząc 1 kg zająca, zwiększa swoją masę zaledwie o 100 g. W roślinach drzewiastych odsetek ten jest znacznie niższy ze względu na słabą przyswajalność drewna przez organizmy. W przypadku traw i alg wartość ta jest znacznie wyższa, ponieważ nie mają one trudnostrawnych tkanek. Jednak ogólna prawidłowość procesu transferu energii pozostaje: znacznie mniej energii przechodzi przez wyższe poziomy troficzne niż przez niższe.

Dlatego łańcuchy pokarmowe zwykle nie mogą mieć więcej niż 3-5 (rzadko 6) ogniw, a piramidy ekologiczne nie mogą składać się z dużej liczby pięter. Do ostatniego ogniwa łańcucha pokarmowego, a także do najwyższego piętra piramidy ekologicznej, energii będzie tak mało, że nie wystarczy, jeśli liczba organizmów będzie rosła.

To stwierdzenie można wyjaśnić, patrząc na to, gdzie wydawana jest energia spożywanego pokarmu (C). Część idzie na budowę nowych komórek, tj. dla wzrostu (P). Część energii zawartej w pożywieniu jest zużywana na zapewnienie metabolizmu energetycznego 7 lub na oddychanie (i?) . Ponieważ strawność pokarmu nie może być całkowita, tj. 100%, wówczas część niestrawionego pokarmu w postaci kału jest usuwana z organizmu (F). Bilans będzie wyglądał następująco:

C = R+R + F .

Biorąc pod uwagę, że energia wydatkowana na oddychanie nie jest przenoszona na następny poziom troficzny i opuszcza ekosystem, staje się jasne, dlaczego każdy kolejny poziom będzie zawsze mniejszy niż poprzedni.

Dlatego duże zwierzęta drapieżne są zawsze rzadkie. Nie ma więc też drapieżników, które żywiłyby się wilkami. W tym przypadku po prostu by się nie wyżywiły, ponieważ wilków nie ma zbyt wiele.

Troficzna struktura ekosystemu wyraża się w złożonych relacjach pokarmowych między jego gatunkami składowymi. Ekologiczne piramidy liczb, biomasy i energii, przedstawione w formie graficznych modeli, wyrażają ilościowe proporcje organizmów różniących się sposobem odżywiania: producentów, konsumentów i rozkładających.

1. Zdefiniuj poziom troficzny. 2. Podaj przykłady organizmów należących do tego samego poziomu troficznego. 3. Na jakiej zasadzie buduje się piramidy ekologiczne? 4. Dlaczego łańcuch pokarmowy nie może zawierać więcej niż 3-5 ogniw?

Biologia ogólna: Podręcznik dla 11 klasy 11-letniego Liceum Ogólnokształcącego, poziom podstawowy i rozszerzony. N.D. Lisov, L.V. Kamlyuk, NA Lemeza i inni, wyd. N.D. Lisova.- Mińsk: Białoruś, 2002.- 279 s.

Zawartość podręcznika Biologia ogólna: Podręcznik dla klasy 11:

Rozdział 1. Gatunek - jednostka bytowa organizmów żywych

• § 2. Populacja – jednostka strukturalna gatunku. Charakterystyka populacji

Rozdział 2. Relacje gatunków, populacji ze środowiskiem. ekosystemy

• § 6. Ekosystem. Relacje między organizmami w ekosystemie. Biogeocenoza, struktura biogeocenozy
• § 7. Ruch materii i energii w ekosystemie. Obwody i sieci elektroenergetyczne
• § 9. Obieg substancji i przepływ energii w ekosystemach. Produktywność biocenoz

Rozdział 3

• § 13. Przesłanki powstania teorii ewolucji Ch.Darwina
• § 14. Ogólna charakterystyka teorii ewolucji Ch.Darwina

Rozdział 4

• § 18. Rozwój teorii ewolucji w okresie postdarwinowskim. Syntetyczna teoria ewolucji
• § 19. Ludność - elementarna jednostka ewolucji. Tło ewolucji

Rozdział 5. Pochodzenie i rozwój życia na Ziemi

• § 27. Rozwój idei o pochodzeniu życia. Hipotezy dotyczące pochodzenia życia na Ziemi
• § 32. Główne etapy ewolucji flory i fauny
• § 33. Różnorodność współczesnego świata organicznego. Zasady taksonomii

Rozdział 6

• § 35. Kształtowanie się wyobrażeń o pochodzeniu człowieka. Miejsce człowieka w systemie zoologicznym
• § 36. Etapy i kierunki ewolucji człowieka. poprzednicy ludzkości. Najstarsi ludzie
• § 38. Biologiczne i społeczne czynniki ewolucji człowieka. Jakościowe różnice osoby

Stabilne cykle biogeochemiczne materii i energii w biosferze naszej planety kształtują się w wyniku różnorodności biologicznej zestawu substancji zużywanych przez organizmy oraz produktów ich życiowej aktywności uwalnianych do środowiska naturalnego. Podstawą biologicznego cyklu substancji jest poziomy troficzne, które są reprezentowane przez określone typy organizmów żywych, podzielone na trzy główne grupy: producentów, konsumentów i rozkładających. Poziom troficzny składa się z populacji organizmów, które pełnią te same funkcje troficzne w ekosystemie i mają inny skład gatunkowy (z greckiego trofeum - „żywienie”).

Pierwszy poziom troficzny poziom produkcji podstawowej- tworzą autotrofy. Są to organizmy, które syntetyzują substancje organiczne (węglowodany, tłuszcze, białka, kwasy nukleinowe) ze związków nieorganicznych wykorzystując energię Słońca. Produkcja pierwotna to biomasa tkanek roślinnych. Głównymi producentami są rośliny, bakterie fotoautotroficzne i bakterie chemosyntetyzujące (chemotrofy). Chemotrofy to mikroorganizmy, które syntetyzują materię organiczną kosztem energii utleniania amoniaku, siarkowodoru i innych substancji obecnych w wodzie i glebie.

Drugi poziom troficzny to konsumenci (heterotrofy):

1) pierwszy rząd - fitofagi - wykorzystują rośliny jako pokarm;

2) drugie zamówienie - jedzą pokarm dla zwierząt.

Na trzecim poziomie troficznym - rozkładacze. Są to organizmy, które rozkładają odpady i martwe organizmy na minerały, dwutlenek węgla i wodę. Konsumenci są również zaangażowani w mineralizację materii organicznej.

Wszystkie organizmy wykorzystują biomasę poprzednich poziomów troficznych na pożywienie, tracąc energię ze stratami na oddychanie, ogrzanie ciała, na różne formy aktywności, na wydalanie.

Istnieją związki między gatunkami o różnych poziomach troficznych, które tworzą system łańcuchów troficznych (łańcuchów pokarmowych). Wykorzystanie zasobów na każdym poziomie troficznym zależy od różnorodności gatunkowej ekosystemu.

Różnorodność gatunkowa może zmniejszać się na terenach zanieczyszczonych, powodując uproszczenie struktury troficznej.

Dziś odnotowuje się naruszenia struktury biocenoz z powodu zanieczyszczenia środowiska. Toksyny przenoszone są przez łańcuchy pokarmowe i przyczyniają się do śmierci zwierząt, ptaków, organizmów wodnych, a także kumulują się w produktach żywnościowych spożywanych przez ludzi.

Poprzednie materiały:

Łańcuchy pokarmowe i poziomy troficzne są uważane za integralne składniki cyklu biologicznego. Zawiera wiele elementów. Przyjrzyjmy się bliżej poziomom troficznym ekosystemu.

Terminologia

Łańcuch pokarmowy to przepływ energii zawartej w pokarmach roślinnych przez szereg organizmów w wyniku wzajemnego zjadania się. Tylko rośliny tworzą materię organiczną z materii nieorganicznej. Poziom troficzny to zespół organizmów. Pomiędzy nimi zachodzi interakcja w procesie przekazywania składników odżywczych i energii ze źródła. Łańcuchy troficzne (poziom troficzny) implikują określoną pozycję organizmów na określonym etapie (powiązanie) podczas tego ruchu. Morskie i lądowe struktury biologiczne mają wiele różnic. Jeden z głównych można nazwać faktem, że w pierwszym łańcuchy pokarmowe są dłuższe niż w drugim.

kroki

Pierwszy poziom troficzny jest reprezentowany przez autotrofy. Nazywa się ich również producentami. Drugi poziom troficzny tworzą pierwotni konsumenci. Na kolejnym etapie są konsumenci, których konsumują organizmy roślinożerne. Tacy konsumenci nazywani są drugorzędnymi. Należą do nich na przykład pierwotne drapieżniki, mięsożercy. Również trzeci poziom troficzny obejmuje konsumentów trzeciego rzędu. Z kolei zjadają słabsze drapieżniki. Z reguły istnieje ograniczona liczba poziomów troficznych - 4 lub 5. Rzadko jest ich więcej niż sześć. Ten łańcuch pokarmowy jest zwykle zamykany przez rozkładających lub rozkładających. Są to bakterie, mikroorganizmy rozkładające pozostałości organiczne.

Konsumenci: informacje ogólne

Nie są tylko „zjadaczami”, które zawiera łańcuch pokarmowy. Zaspokajanie przez nich ich potrzeb odbywa się poprzez system komunikacji zwrotnej (pozytywnej). Konsumenci wpływają na wyższe poziomy troficzne ekosystemu. Na przykład konsumpcja roślinności na sawannach afrykańskich przez duże stada antylop wraz z pożarami w porze suchej zwiększa tempo powrotu składników odżywczych do gleby. Następnie w porze deszczowej następuje odbudowa plantacji zielnych i wzrost ich produkcji.

Przykład Oduma jest dość interesujący. Opisuje wpływ konsumentów na producentów w ekosystemie morskim. Kraby, które jedzą detrytus i algi, dbają o swoje zioła na kilka sposobów. Rozbijają glebę, zwiększając w ten sposób cyrkulację wody w pobliżu korzeni i wprowadzając tlen i niezbędne pierwiastki do beztlenowej strefy przybrzeżnej. W procesie ciągłego przetwarzania bogatych w materię organiczną mułów dennych kraby przyczyniają się do poprawy warunków rozwoju i wzrostu glonów bentosowych. Jeden poziom troficzny składa się z organizmów, które otrzymują energię przez tę samą liczbę etapów.

Struktura

Pokarm spożywany na każdym poziomie troficznym nie jest w pełni przyswajany. Wynika to z jego znacznych strat na etapach procesów metabolicznych. Pod tym względem produkcja organizmów na kolejnym poziomie troficznym jest mniejsza niż na poprzednim. W systemie biologicznym związki organiczne zawierające energię są tworzone przez organizmy autotroficzne. Substancje te są źródłem energii i niezbędnymi składnikami dla heterotrofów. Poniższy przykład jest prosty: zwierzę zjada rośliny. Z kolei zwierzę może zjeść inny większy przedstawiciel fauny. W ten sposób energia może być przenoszona przez kilka organizmów. Następny wykorzystuje poprzedni, który dostarcza energii i składników odżywczych. To właśnie ta sekwencja tworzy łańcuch pokarmowy, w którym poziom troficzny działa jak ogniwo.

Producenci 1. zamówienia

Początkowy poziom troficzny zawiera organizmy autotroficzne. Obejmują one głównie tereny zielone. Niektóre prokarionty, w szczególności niebiesko-zielone algi, a także kilka gatunków bakterii, również mają zdolność fotosyntezy. Jednak ich wkład w poziom troficzny jest znikomy.

Dzięki aktywności fotosyntezy energia słoneczna jest przekształcana w energię chemiczną. Leży w cząsteczkach organicznych, z których z kolei zbudowane są tkanki. Stosunkowo niewielki udział w produkcji materii organicznej mają bakterie chemosyntetyzujące. Pozyskują energię ze związków nieorganicznych. Glony są głównymi producentami w ekosystemach wodnych. Często są to małe organizmy jednokomórkowe, które tworzą fitoplankton w powierzchniowych warstwach jezior i oceanów. Większość produkcji podstawowej na lądzie ma bardziej zorganizowane formy. Należą do nagonasiennych i okrytonasiennych. Dzięki nim powstają łąki i lasy.

Konsumenci 2, 3 zamówienia

Łańcuchy pokarmowe mogą być dwojakiego rodzaju. W szczególności wyróżnia się struktury detrytusowe i pastwiskowe. Przykłady tych ostatnich opisano powyżej. Na pierwszym poziomie mają zielone rośliny, na drugim pasące się zwierzęta, a na trzecim drapieżniki. Jednak ciała martwych roślin i zwierząt nadal zawierają energię i „materiał budowlany” wraz z wydzielinami życia (mocz i kał). Wszystkie te substancje organiczne ulegają rozkładowi w wyniku działania mikroorganizmów – bakterii i grzybów. Żyją na szczątkach organicznych jako saprofity.

Organizmy tego typu nazywane są rozkładającymi. Wydzielają enzymy trawienne do produktów przemiany materii lub martwych ciał, a następnie produkty trawienia są wchłaniane. Rozkład może zachodzić w różnym tempie. Spożycie związków organicznych z kału, moczu, zwłok zwierząt następuje w ciągu kilku tygodni. Jednocześnie opadłe gałęzie lub drzewa mogą rozkładać się latami.

detrytusożercy

Grzyby odgrywają ważną rolę w procesie rozkładu drewna. Wydzielają enzym celulazę. Działa zmiękczająco na drewno, co umożliwia małym zwierzętom penetrację i wchłanianie materiału. Fragmenty rozłożonego materiału nazywane są detrytusem. Żywią się wieloma małymi żywymi organizmami (detrytofagami) i przyspieszają proces niszczenia.

Ponieważ w rozkładzie biorą udział dwa rodzaje organizmów (grzyby i bakterie, a także zwierzęta), często łączy się je pod jedną nazwą - „rozkładacze”. Ale w rzeczywistości termin ten dotyczy tylko saprofitów. Z kolei detrytofagi mogą być spożywane przez większe organizmy. W tym przypadku powstaje łańcuch innego typu - zaczynając od detrytusu. Detrytofagi zbiorowisk przybrzeżnych i leśnych obejmują stonki, dżdżownice, larwy muchy padlinożernej, szkarłatne, ogórki morskie i wieloszczety.

sieć pokarmowa

Na diagramach systemowych każdy organizm można przedstawić jako konsumujący inne organizmy określonego typu. Ale relacje żywieniowe, które istnieją w strukturze biologicznej, mają znacznie bardziej złożoną strukturę. Wynika to z faktu, że zwierzę może spożywać organizmy różnych typów. Mogą jednak należeć do tego samego łańcucha pokarmowego lub należeć do różnych. Jest to szczególnie widoczne wśród drapieżników, które znajdują się na wysokim poziomie cyklu biologicznego. Są zwierzęta, które zjadają jednocześnie innych przedstawicieli fauny i roślin. Takie osoby należą do kategorii wszystkożerców. W szczególności taka jest osoba. W istniejącym systemie biologicznym przeplatanie się łańcuchów pokarmowych jest dość powszechne. W rezultacie powstaje nowa wieloskładnikowa struktura - sieć. Na diagramie można odzwierciedlić tylko niektóre ze wszystkich możliwych relacji. Z reguły zawiera tylko jednego lub dwóch drapieżników należących do wyższych poziomów troficznych. W przepływie energii i cyrkulacji w ramach typowej struktury mogą istnieć dwa sposoby wymiany. Z jednej strony interakcja zachodzi między drapieżnikami, z drugiej strony między rozkładającymi się a detrytusami. Te ostatnie mogą konsumować martwe zwierzęta. Jednocześnie żywe organizmy rozkładające i detrytusożerne mogą służyć jako pokarm dla drapieżników.

Transfer energii pokarmowej od jej źródła - autotrofów (roślin) - przez szereg organizmów, zachodzący poprzez zjadanie jednych organizmów przez inne, nazywa się łańcuch pokarmowy. Z każdym przelewem większość (80-90%) energia potencjalna jest tracona, zamieniając się w ciepło. Dlatego im krótszy łańcuch pokarmowy (im bliżej początku organizmu), tym większa ilość energii dostępnej dla populacji. Łańcuchy pokarmowe można podzielić na dwa główne typy: łańcuch pastwiskowy, który zaczyna się od zielonej rośliny i przechodzi do pasących się roślinożerców (tj. organizmów żywiących się komórkami lub tkankami roślin) i mięsożerców (organizmów żywiących się zwierzętami) oraz łańcuch detrytyczny, która przechodzi od martwej materii organicznej do mikroorganizmów, a następnie do żerujących na detrytusie i ich drapieżników. Łańcuchy pokarmowe nie są od siebie odizolowane, lecz ściśle ze sobą splecione, tworząc tzw sieci pokarmowe. W złożonych zbiorowiskach naturalnych organizmy, które otrzymują energię ze Słońca przez tę samą liczbę etapów, są uważane za należące do jednego poziom troficzny. Tak więc rośliny zielone zajmują pierwszy poziom troficzny (poziom producentów), roślinożercy - drugi (poziom pierwotnych konsumentów), pierwotne drapieżniki zjadające roślinożerców - trzeci (poziom wtórnych konsumentów) i wtórne drapieżniki - czwarty (poziom konsumentów trzeciorzędnych).

Łańcuchy pokarmowe są znane każdemu z nas: człowiek je duże ryby, a on je małe ryby, które jedzą zooplankton, które żywią się fitoplanktonem, który wychwytuje energię słoneczną, lub człowiek może jeść mięso krów, które jedzą trawę, która wychwytuje energię słoneczną, może wykorzystać znacznie krótszy łańcuch pokarmowy, żywiąc się roślinami, które wychwytują energię słoneczną. W tym drugim przypadku człowiek jest głównym konsumentem na drugim poziomie troficznym. W łańcuchu pokarmowym trawa – krowa – człowiek jest konsumentem wtórnym na trzecim poziomie troficznym. Częściej jednak osoba jest zarówno konsumentem pierwotnym, jak i wtórnym, ponieważ jego dieta zwykle obejmuje mieszankę pokarmów roślinnych i zwierzęcych.

Z każdym przeniesieniem żywności część energii potencjalnej jest tracona. Po pierwsze, rośliny wychwytują tylko niewielką część napływającej energii słonecznej. W związku z tym liczba konsumentów (np. ludzi), którzy mogą przeżyć przy danej produkcji pierwotnej, jest silnie uzależniona od długości łańcucha, przejście do każdego kolejnego ogniwa w naszym tradycyjnym rolniczym łańcuchu żywnościowym zmniejsza dostępną energię o około rząd wielkości (tj. 10 razy). Dlatego, jeśli zawartość mięsa w diecie wzrasta, to liczba osób, które można nakarmić, maleje. Jeśli okaże się, że wiele nowych pysków trzeba będzie dokarmiać w oparciu o istniejącą produkcję pierwotną, to należy całkowicie zrezygnować z mięsa lub mocno ograniczyć jego spożycie.

Niektóre substancje nie rozpraszają się, gdy poruszają się wzdłuż łańcucha, ale raczej się kumulują. Ten tzw koncentracji w łańcuchu pokarmowym (biokoncentracja) najwyraźniej wykazują trwałe radionuklidy i pestycydy.

W latach 50. odkryto tendencję niektórych radionuklidów, produktów ubocznych rozszczepienia jądrowego, do zwiększania stężenia na każdym etapie łańcucha pokarmowego. Wyjątkowo małe (śladowe) ilości radioaktywnego J, P, Cs, Se w rzece Columbia koncentrowały się w tkankach ryb i ptaków. Stwierdzono, że współczynnik akumulacji (stosunek ilości substancji w tkankach i środowisku) radioaktywnego fosforu w jajach gęsich wynosi 2 mln. Tym samym bezpieczne uwolnienia do rzeki mogą stać się niezwykle niebezpieczne dla górnych ogniw łańcucha pokarmowego .

Przykład: DDT(4,4 -etan). Aby zmniejszyć liczbę komarów na Long Island, bagna od wielu lat zapylają DDT. Specjaliści od zwalczania owadów nie stosowali stężeń, które byłyby bezpośrednio śmiertelne dla ryb i innych zwierząt, ale nie wzięli pod uwagę procesów środowiskowych i długoterminowej trwałości pozostałości DDT. Trujące pozostałości zaadsorbowane na odstraszaczach zamiast zostać zmyte do morza koncentrowały się w tkankach żywiących się odstraszaczami i małych ryb, a dalej - u drapieżników wyższego rzędu (ptaków rybożernych). Współczynnik koncentracji (stosunek zawartości DDT w organizmie do zawartości w wodzie, wyrażony w częściach na milion) dla zwierząt rybożernych wynosi około 500 000. U ryb i ptaków akumulację ułatwia znaczna akumulacja tłuszczu, w której DDT jest stężony. Ptaki są szczególnie podatne na zatrucie DDT, jak np ta trucizna (i inne insektycydy, które są chlorowanymi węglowodorami), zmniejszając stężenie hormonów steroidowych we krwi, zaburza tworzenie się skorupek jaj; cienka skorupa pęka, zanim pisklę się rozwinie. Tak więc bardzo małe dawki, które są nieszkodliwe dla jednostki, okazują się śmiertelne dla populacji.

Zasady akumulacji biologicznej muszą być uwzględniane przy podejmowaniu wszelkich decyzji związanych z wprowadzaniem zanieczyszczeń do środowiska. Jednak wiele czynników niebiologicznych może zmniejszać lub zwiększać współczynnik koncentracji. Tak więc osoba otrzymuje mniej DDT niż ptak, ponieważ. podczas przetwarzania i gotowania żywności część tej substancji jest usuwana.

Poziom troficzny to zbiór organizmów zajmujących określone miejsce w sieci pokarmowej.

I poziom troficzny - zawsze rośliny,

II poziom troficzny - pierwotni konsumenci

III poziom troficzny - konsumenci wtórni itp.

Detrytofagi mogą znajdować się na II i wyższych poziomach troficznych.

Zazwyczaj w ekosystemie występują 3-4 poziomy troficzne.

Strukturę troficzną można zmierzyć i wyrazić jako plon z winorośli (na jednostkę powierzchni) lub jako ilość energii zarejestrowanej na jednostkę powierzchni na jednostkę czasu na kolejnych poziomach troficznych.

Strukturę troficzną i funkcję troficzną można przedstawić graficznie jako piramidy ekologiczne, którego podstawą jest pierwszy poziom (poziom producentów), a kolejne poziomy tworzą piętra i wierzchołek piramidy. Piramidy ekologiczne można podzielić na trzy główne typy:

piramida liczb odzwierciedlające liczbę poszczególnych organizmów;

Piramida biomasy scharakteryzowanie całkowitej suchej masy, zawartości kalorii lub innej miary całkowitej ilości żywej materii;

piramida energetyczna pokazujący wielkość przepływu energii i „produktywności” na kolejnych poziomach troficznych. Z każdym przejściem z jednego poziomu troficznego na drugi w łańcuchu pokarmowym lub sieci następuje praca i uwolnienie energii cieplnej do środowiska, a ilość wysokiej jakości energii zużywanej przez organizmy kolejnego poziomu troficznego maleje. Odsetek energii wysokiej jakości przechodzącej z jednego poziomu troficznego na drugi waha się od 2 do 30%. Większość energii jest tracona do środowiska w postaci energii cieplnej niskiej jakości. Im dłuższy łańcuch pokarmowy, tym więcej marnuje się użyteczna energia. Piramida Przepływu Energii wyjaśnia, dlaczego więcej ludzi można wykarmić, ograniczając łańcuch pokarmowy do bezpośredniego spożycia zboża (ryż-człowiek), niż używając zwierząt jedzących zboże jako pożywienia. Aby uniknąć niedożywienia białkowego (białkowego), dieta wegetariańska powinna składać się z różnorodnych roślin.

Piramidy liczb Możliwe jest zebranie wszystkich próbek organizmów w ekosystemie i policzenie liczebności wszystkich gatunków występujących na każdym poziomie troficznym. Takie informacje są niezbędne do stworzenia piramidy liczb. Na przykład milion fitoplangtonów w małym stawie może wykarmić 10 000 zooplangtonów, które z kolei mogą wykarmić 100 okoni, co wystarczy na wyżywienie jednej osoby przez miesiąc.

Ryż. 3.2 Piramida liczb

Jednak w przypadku niektórych ekosystemów piramidy populacji mają inny kształt. Na przykład w lesie niewielka liczba dużych drzew, takich jak wiecznie zielona sekwoja, dostarcza pożywienia ogromnej liczbie małych fitofagicznych owadów i ptaków - konsumentów pierwszego rzędu.

Piramida biomasy charakteryzujący masę żywej materii (na jednostkę powierzchni lub objętości). Każdy poziom troficzny łańcucha pokarmowego lub sieci zawiera pewną ilość biomasy. W ekosystemach lądowych zastosowanie mają następujące zasady zasada piramidy biomasy: całkowita masa roślin przekracza masę wszystkich roślinożerców, a ich masa przekracza całą biomasę drapieżników.

Dla oceanu zasada piramidy biomasy jest nieważna – piramida tak widok odwrócony (odwrócony).. Ekosystem oceanu charakteryzuje się żarzeniem biomasy na wysokim poziomie u drapieżników. Drapieżniki żyją długo, a tempo obrotu ich regeneracji jest niskie, ale dla producentów – glonów fitoplanktonu, tempo obrotu jest setki razy wyższe niż rezerwa biomasy.

Ryż. 3.3 Piramida biomasy

Piramidy liczb i biomasy można odwrócić (lub częściowo odwrócić), tj. podstawa może być mniejsza niż jedno lub więcej wyższych pięter. Dzieje się tak, gdy średnia wielkość producentów jest mniejsza niż wielkość konsumentów. Wręcz przeciwnie, piramida energetyczna będzie zawsze zwężać się ku górze, pod warunkiem, że uwzględnimy wszystkie źródła energii żywności w systemie.