Поняття про трофічні рівні в екосистемах. Трофічний рівень

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ сукупність організмів, які займають певне становище у загальному ланцюзі живлення. Відстань організмів від продуцентів однакова. Вони характеризуються певною формоюорганізації та утилізації енергії. Організми різних трофічних ланцюгів, що отримують їжу через рівну кількість ланок у трофічному ланцюзі, знаходяться на одному трофічному рівні. На кожному трофічному рівні спожита їжа асимілюється не повністю, тому що значна частина її втрачається, витрачається на обмін. Тому продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша (в середньому в 10 разів) попереднього. Співвідношення різних трофічних рівнів можна графічно зобразити як екологічної піраміди. Див. також Екологічна ефективність.

Екологічний енциклопедичний словник. - Кишинів: Головна редакція Молдавської радянської енциклопедії. І.І. Дід ю . 1989 .

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ - сукупність організмів, об'єднаних типом харчування. Автотрофні організми (переважно зелені рослини) займають перший трофічний рівень (продуценти), далі йдуть гетеротрофи: на другому рівні рослиноїдні тварини (консументи 1 порядку); хижаки, які харчуються рослиноїдними тваринами - на третьому (консументи 2 порядку); вторинні хижаки – на четвертому (консументи 3 порядку). Сапротрофні організми (редуценти) можуть займати всі рівні, починаючи з другого. Організми різних трофічних ланцюгів, які отримують їжу через рівну кількість ланок, перебувають у одному Т.у. Співвідношення різних Т.в. можна графічно зобразити у вигляді екологічної піраміди.

Екологічний словник, 2001

Трофічний рівень

сукупність організмів, об'єднаних типом харчування. Автотрофні організми (переважно зелені рослини) займають перший трофічний рівень (продуценти), далі йдуть гетеротрофи: на другому рівні рослиноїдні тварини (консументи 1 порядку); хижаки, які харчуються рослиноїдними тваринами - на третьому (консументи 2 порядку); вторинні хижаки – на четвертому (консументи 3 порядку). Сапротрофні організми (редуценти) можуть займати всі рівні, починаючи з другого. Організми різних трофічних ланцюгів, які отримують їжу через рівну кількість ланок, перебувають у одному Т.у. Співвідношення різних Т.в. можна графічно зобразити у вигляді екологічної піраміди.

EdwART. Словник екологічних термінів та визначень, 2010

Дивитися що таке "ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ" в інших словниках:

Сукупність організмів, що об'єднуються типом харчування. Уявлення про Т. в. дозволяє зрозуміти динаміку потоку енергії та визначальну його трофіч. структуру. Автотрофні організми (преім. зелені рослини) займають перший Т. в. (продуценти), … Біологічний енциклопедичний словник

трофічний рівень- 1. Рівень, на якому енергія у формі їжі передається від одного організму до іншого як частина трофічного ланцюга. 2. Рівень поширення поживних речовин у водоймі, особливо стосовно вмісту у воді нітратів та фосфатів. Словник з географії

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ, положення, яке організм займає в ХАРЧОВОМУ ЛАНЦЮГІ. Зазвичай визначається межами, у яких здійснюється харчування. Першою трофічною ланкою є ПЕРВИННІ ВИРОБНИКИ зелені рослини, що використовують фотосинтез для … Науково-технічний енциклопедичний словник

трофічний рівень- Сукупність організмів однієї екосистеми, об'єднаних типом харчування Тематика біотехнології EN trophic level … Довідник технічного перекладача

трофічний рівень- 3.23 трофічний рівень: Елемент функціональної класифікації організмів у межах спільноти, в основі якої лежать продукти харчування, що використовуються.

Стійкі біогеохімічні цикли речовини та енергії в біосфері нашої планети формуються внаслідок біологічного розмаїття споживаного організмами набору речовин і продуктів життєдіяльності, що виділяються в природне середовище. Основу біологічного круговороту речовин складають трофічні рівні, які представлені конкретними видами живих організмів, що поділяються на три основні групи: продуценти, консументи та редуценти. Трофічний рівень становлять популяції організмів, що виконують в екосистемі однакові трофічні функції та мають різний видовий склад (від грец. trophe – «живлення»).

Перший трофічний рівень рівень первинної продукції- утворюють автотрофи. Це організми, які синтезують органічні речовини (вуглеводи, жири, білки, нуклеїнові кислоти) із неорганічних сполук, використовуючи енергію Сонця. Первинна продукція – це біомаса рослинних тканин. Первинні продуценти - рослини, фотоавтотрофні бактерії та хемосинтезуючі бактерії (хемотрофи). Хемотрофи - мікроорганізми, що синтезують органічну речовину за рахунок енергії окислення аміаку, сірководню та інших речовин, що є у воді та ґрунті.

Другий трофічний рівень представляють консументи (гетеротрофи):

1) першого порядку - фітофаги - використовують як їжу рослини;

2) другого порядку – харчуються тваринною їжею.

На третьому трофічному рівні - редуценти. Це організми, що розкладають до мінеральних речовин, діоксиду вуглецю та води відходи життєдіяльності та відмерлі організми. Консументи також беруть участь у мінералізації органічних речовин.

Всі організми використовують в їжу біомасу попередніх трофічних рівнів, втрачаючи енергію з втратами на дихання, обігрів тіла різні формидіяльності, виділення екскрементів.

p align="justify"> Між видами різних трофічних рівнів існують взаємини, що утворюють систему трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення). Використання ресурсів кожному трофічному рівні залежить від видового розмаїття екосистеми.

Видове розмаїття може знижуватися у зонах забруднення, викликаючи спрощення трофічної структури.

Сьогодні фіксуються порушення структури біоценозів унаслідок забруднення навколишнього природного середовища. Токсиканти передаються по ланцюгах харчування та сприяють загибелі тварин, птахів, гідробіонтів, а також накопичуються у харчових продуктах, які споживає людина.

РІВЕНЬ ТРОФІЧНИЙ - див. Трофічний рівень.

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ - сукупність організмів, що поєднуються типом харчування. Організми різних трофічних ланцюгів, але одержують їжу через рівну кількість ланок у трофічному ланцюгу, перебувають у одному трофічному уровне.[ ...]

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ - етап руху сонячної енергії (у складі їжі) через екосистему. Зелені рослини знаходяться на першому трофічному рівні, первинні консументи - на другому, вторинні - на третьому і т.д.

Трофічний рівень сукупність організмів, подібних за типом харчування і які займають певне положення в піраміді харчування, зазвичай виділяють рівні: I - продуценти (рослини), II - рослиноїдні тварини (фітофаги), III - м'ясоїдні тварини (зоофаги).

Трофічний рівень - це місце кожної ланки у харчовому ланцюзі. Перший трофічний рівень - це продуценти, решта - консументи.

Трофічний рівень - місце кожної ланки в ланцюзі живлення.

Автотрофні організми (переважно зелені рослини) займають перший трофічний рівень (продуценти), далі йдуть гетеротрофи: на другому рівні рослиноїдні тварини (консументи I порядку), хижаки, що живляться рослиноїдними тваринами - на третьому (консументи 2 порядку); консументи 3 порядку). Сапротрофні організми (редуценти) можуть займати всі рівні, починаючи з другого. Організми різних трофічних ланцюгів, які отримують їжу через рівну кількість ланок, перебувають у одному Т.у. (Рис. 21). Співвідношення різних Т.в. можна графічно зобразити у вигляді екологічної піраміди.

Кожен трофічний рівень представлений сукупністю популяцій різних видів. Ці популяції відіграють різну роль у загальному кругообігу речовини та енергії (основну або допоміжну), при цьому стаціонарний стан екосистеми одночасно виявляється динамічним - витрата вільної енергії при протіканні незворотних процесів компенсується її припливом від Сонця.

Перший трофічний рівень – це продуценти, творці рослинної біомаси; рослиноїдні тварини (консументи 1-го порядку) відносяться до другого трофічного рівня; м'ясоїдні тварини, що живуть за рахунок рослиноїдних форм - це консументи 2-го порядку; м'ясоїдні, поїдають інших м'ясоїдних - консументи 3-го порядку і т.д.

Представники різних трофічних рівнів пов'язані між собою односторонньо спрямованою передачею біомаси до харчових ланцюгів. При кожному переході на наступний трофічний рівень частина доступної енергії не сприймається, частина надається у вигляді тепла, а частина витрачається на дихання. При цьому загальна енергія щоразу зменшується у кілька разів. Наслідок цього – обмежена довжина харчових ланцюгів. Чим коротший харчовий ланцюг або чим ближче організм до його початку, тим більше кількістьдоступної енергії.

Автотрофи та гетеротрофи трофічно пов'язані між собою. Вони формують харчові (трофічні) ланцюги - ряди організмів, що послідовно витягують речовини та енергію з вихідного харчового (кормового) продукту фотосинтетичного та хемосинтетичного походження. Кожен вид організмів, які споживали енергію їжі, є ланкою трофічного ланцюга. У класифікації за трофічною ознакою організми поділяють не так на види, але в групи за характером харчування, т. е. у тому, яке ланка харчової ланцюга вони займають. Перший трофічний рівень складають рослини та інші автотрофи, другий - рослиноїдні тварини, третій - хижаки, четвертий - хижаки другого порядку і т. д. Вони формують трофічну екологічну піраміду (рис. 10).

Вже зазначалося, кожен трофічний рівень складено не одним, а багатьма конкретними видами. Завдяки видоспе-фічності харчування збільшення числа видів у біоценозі визначає більш повне використання ресурсів на кожному трофічному рівні. Ця обставина прямо пов'язана з підвищенням повноти біогенного круговороту речовин.

На рис. 17.19 представлено повну трофічну структуру спільноти. Вона являє собою піраміду продукції кон-сументної системи з додаванням двох додаткових елементів. Найважливіший із них - система редуцентів, завжди пов'язана у спільнотах із системою консументів. Далі визнається, що у кожному трофічному рівні кожної підсистеми є підкомпоненти, функціонуючі по-різному. Так, окремо показані безхребетні та хребетні, бактерії та еукаріоти-детритофаги, що займають один і той же трофічний рівень і споживають мертву органічну речовину, а також споживачі бактерій та детритофагів (хижаки в системі редуцентів). На рис. 17.19 зображено можливі шляхи проходження спільнотою енергії, фіксованої в чистій первинній продукції.

Кожну ланку харчового ланцюга називають трофічним рівнем. Перший трофічний рівень займають автотрофи, інакше звані первинними продуцентами. Організми другого трофічного рівня називають первинними консументами, третього - вторинними консументами тощо. буд. Зазвичай бувають чотири чи п'ять трофічних рівнів і рідко більше шести (рис. 5.1).

Піраміда енергії точніше відображає трофічні зв'язки організмів, оскільки вона характеризує швидкість відновлення біомас. На кожному рівні піраміда енергії відбиває питома кількістьенергії (на одиницю площі чи обсягу), що пройшла через попередній трофічний рівень за цей час. Піраміди потоків енергії ніколи не бувають "перевернутими": наступний трофічний рівень може "пропустити через себе" лише частину енергії, засвоєної попереднім рівнем (згадайте правило 10%).

Місце кожної ланки в ланцюзі живлення є трофічним рівнем. Перший трофічний рівень, як було зазначено раніше, займають авто-трофи, чи звані первинні продуценти. Організми другого трофічного. рівня називаються первинними консументами, третього - вторинними консументами тощо [...]

Місце кожної ланки в ланцюзі живлення називають трофічним рівнем. Перший трофічний рівень в екологічній піраміді енергій – продуценти. Види з широким спектром харчування можуть включатись у харчові ланцюги на різних трофічних рівнях. Зокрема, людина, до раціону якої входить рослинна і тваринна їжа, є консументом I-III порядків. У харчовому ланцюгу, мережі та екологічних пірамідах кожен наступний рівень «поїдає» попередню ланку або використовує її для побудови свого тіла.

Місце кожної ланки в ланцюзі живлення називають трофічними рівнями, він характеризується різною інтенсивністю протікання потоку речовин та енергії. Перший трофічний рівень завжди становлять продуцент, рослиноїдні консументи відносяться до другого трофічного рівня, м'ясоїдні, що живуть за рахунок рослиноїдних форм - до третього, споживають інших м'ясоїдних - до четвертого і т. д.

Безліч популяцій, характерних подібними кормовими зв'язками, утворює трофічний рівень, або трофічний елемент, екосистеми (Ь).

Відстань організму харчового ланцюга від продуцентів називають харчовим або трофічним рівнем. Організми, які отримують у харчовому ланцюгу енергію від Сонця через однакову кількість ступенів, вважаються такими, що належать до одного трофічного рівня. Так. зелені рослини займають перший трофічний рівень (рівень продуцентів), травоїдні - другий (рівень первинних консументів) первинні хижаки, що поїдають травоїдних, третій (рівень вторинних консументів), а вторинні хижаки - четвертий (рівень третинних консументів). Організм цього виду може займати один або кілька трофічних рівнів, зважаючи на те, які джерела енергії він використовує.

В даний час відомі приклади, коли тварин, що становлять даний трофічний рівень і населяють деякий простір, можна розглядати як комплекс практично рівнозначних у трофічному відношенні особин. Скупчення риб, що задовольняють даним умовам, Лебедєв запропонував називати «елементарними популяціями».

Найбільш фундаментальним способом відображення зв'язків між організмами різних трофічних рівнів та функціональної організації біоценозів є піраміда енергій, в якій розмір прямокутників пропорційний енергетичному еквіваленту в одиницю часу, тобто кількості енергії (на одиницю площі чи обсягу), що пройшла через певний трофічний рівень за прийнятий період (рис. 5.7). До основи піраміди енергії можна обґрунтовано додати знизу ще один прямокутник, що відображає надходження енергії Сонця.

Первинним джерелом енергії у ланцюгах живлення є сонячна енергія. Перший трофічний рівень – продуценти (зелені рослини) – використовують сонячну енергію в процесі фотосинтезу, створюючи первинну продукцію будь-якого біоценозу. При цьому лише 0,1% сонячної енергії використовують у процесі фотосинтезу. Ефективність, з якою зелені рослини асимілюють сонячну енергію, оцінюється за величиною первинної продуктивності. Більше половини енергії, пов'язаної при фотосинтезі, відразу витрачається рослинами в процесі дихання, решта енергії переноситься далі по харчових ланцюгах.

Розглядаючи потік енергії в екосистемах, легко зрозуміти також чому з підвищенням трофічного рівня біомаса знижується. Тут проявляється третій основний принцип функціонування екосистем: чим більше біомаса популяції, тим нижче має бути займаний нею трофічний рівень, або інакше: на кінці довгих харчових ланцюгів не може бути великої біомаси.

Завдяки певній послідовності харчових відносин різняться окремі трофічні рівні перенесення речовин та енергії в екосистемі, пов'язані з харчуванням певної групи організмів. Так, перший трофічний рівень у всіх екосистемах утворюють продуценти – рослини; другий – первинні консументи – фітофаги, третій – вторинні консументи – зоофаги тощо. Як зазначалося, багато тварин харчуються не так на одному, але в кількох трофічних рівнях (прикладом можуть бути дієти сірого щура, бурого ведмедята людини).

[ ...]

Ця гіпотеза, очевидно, дозволяє будувати прогнози, що цілком піддаються перевірці. Так, системи з вищою первинною продуктивністю, мабуть, можуть включати більша кількістьтрофічних рівнів. Однак насправді, незважаючи на різницю первинної продукції різних наземних, прісноводних та морських спільнот на три-чотири порядки (Pimm, 1982), немає жодних надійних доказів збільшення числа трофічних рівнів у більш продуктивних середовищах. У малопродуктивних арктичних озерах та тундрі харчові ланцюги практично не коротші, ніж в озерах та трав'яних формаціях помірного та тропічного поясів. І лише при вкрай низьких рівняхпервинної продукції енергетичні обмеження, мабуть, дійсно визначають верхню межу числа трофічних рівнів. Наприклад, в озері Ванга-лін (Антарктика) з надзвичайно низькою продуктивністю, ймовірно, відсутній третій трофічний рівень (Goldman et al 1967).

Спільнота риб є четвертим трофічним рівнем в ієрархічній структурі екосистеми Ладозького озера. Ця модель розвиває наявні уявлення про динаміку його іхтіоценозу. Методично вона істотно відрізняється від інших моделей, представлених у монографії. Основна ідея побудови моделі полягає у поділі опису трофічних, популяційних та промислових процесів. Зв'язок цієї моделі з іншими моделями на даному етапі можливий лише на рівні обміну інформацією.

А. хемосинтезуючі здатні окислювати неорганічні речовини та енергію окислення використовувати в життєдіяльності (нітрифікуючі бактерії та ін.). А. є первинними продуцентами і утворюють перший трофічний рівень екологічних системах.[ ...]

Слід розглянути питання про вибір оптимального раціону. Уявімо появу у спільноті нового хижака. Трофічний рівень фітофагів надає більш багате на енергію джерело їжі, оскільки кількість стадій, на яких відбувалися її втрати, у цьому випадку мінімальна. Отже, переваги харчування нижніми ланками харчового ланцюга досить очевидні. Однак, якщо так годуються всі види, посилюється конкуренція, тому харчування на більш високих рівняхдозволить її знизити.

Багато схем відновлення водойм використовують обидва методи, так як профілактичний метод дає довготривале поліпшення, а відновлювальні методи виправляють ситуацію і знижують буферну здатність донних відкладень. До відновлювальних методів вдаються рідше, якщо досягається бажаний трофічний рівень та профілактичні методи здатні зберегти цей рівень.

Фотоавтотрофи (рослини) становлять основну масу біоти і відповідають за утворення всього нового органічного речовини в екосистемі, тобто. є первинними виробниками продукції – продуцентами екосистем. Синтезована автотрофами нова біомаса органічної речовини – це первинна продукція, а швидкість її утворення – біологічна продуктивність екосистеми. Автотрофи утворюють перший трофічний рівень будь-якої повночленної екосистеми.

Наприклад, знищення отрутохімікатами господарсько значимих шкідників у лісах, відстріл частини популяцій тварин, вилов окремих видів промислових риб - це часткові перешкоди, оскільки вони впливають лише на окремі ланки харчових ланцюгів, не торкаючись харчових мереж загалом. Чим складніша харчова мережа, структура екосистеми, тим важливість таких перешкод менша, і навпаки. У той же час викид і скидання в атмосферу або воду хімічних ксенобіотиків, наприклад, оксидів сірки, азоту, вуглеводнів, сполук фтору, хлору, важких металів, радикально змінює якість середовища, створює перешкоди на рівні продуцентів в цілому, а значить, і веде до повної деградації екосистеми: оскільки гине основний трофічний рівень - продуценти.

Дослідження, проведені після випробувань ядерної зброї на атолах Тихого океану, показали, що радіоактивні ізотопи, що включаються в харчові ланцюги в океані, досить легко відрізняються від включаються в наземні харчові ланцюги (Сеймур, 1959; Пеламбо, 1961). У морських організмах у великих кількостях виявлені ті радіоактивні ізотопи, які утворюють міцні комплекси з органічними речовинами, наприклад кобальт-60, залізо-59, цинк-65 і марганець-54 (всі ці ізотопи породжені нейтронним бомбардуванням), і ті, що присутні в вигляді частинок або колоїдів (144Се, 144Рг, 952г і 106НЬ). У наземних рослинах і тваринах, навпаки, знаходять найбільше розчинних продуктів розпаду, таких як стронцій-90 і цезій-137. Так як саме в морських тварин, але не в морських рослинах або наземних організмах була виявлена ​​наведена активність, що накопичується в детриті, можна думати, що ця відмінність пов'язана з переважанням в харчових ланцюгах морських екосистем фільтраторів і організмів, що живляться донними опадами. Це ще один приклад того, що забруднення можуть пройти перший трофічний рівень і включитися безпосередньо в ті ланки харчового ланцюга, які утворені тваринами.

Перенесення енергії їжі від її джерела - рослин через ряд організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими, називається харчовим ланцюгом. При кожному черговому перенесенні більшість (80-90%) потенційної енергії втрачається, переходячи у тепло. Це обмежує можливу кількість етапів, або «ланок» ланцюга, зазвичай до чотирьох-п'яти. Чим коротший харчовий ланцюг (або чим ближче організм до його початку), тим більша кількість доступної енергії. Харчові ланцюги можна розділити на два основні типи: пасовищні ланцюги, які починаються з зеленої рослини і йдуть далі до тварин, що пасуться, рослиноїдних тварин (тобто до організмів, що поїдають зелені рослини) і до хижаків (організмів, що поїдають тварин), і детрітні ланцюги , які починаються від мертвої органічної речовини, йдуть до мікроорганізмів, які їм харчуються, а потім детритофагам і до їх хижаків. Харчові ланцюги не ізольовані одна від одної, а тісно переплетені. Їхнє сплетення часто називають харчовою мережею. У складному природному співтовариствіорганізми, які отримують свою їжу від рослин через однакове число етапів, вважаються такими, що належать до одного трофічного рівня. Так, зелені рослини займають перший трофічний рівень (рівень продуцентів), травоїдні - другий (рівень первинних консументів), хижаки, що поїдають травоїдних - третій (рівень вторинних консументів), а вторинні хижаки - четвертий рівень (рівень третинних консумент). Слід зазначити, що це трофічна класифікація ділить на групи не самі види, які типи життєдіяльності; Населення одного виду може займати один або більше трофічних рівнів, дивлячись по тому, які джерела енергії вона використовує. Потік енергії через трофічний рівень дорівнює загальній асиміляції (Л) цьому рівні, а загальна асиміляція своєю чергою дорівнює продукції біомаси (Р) плюс дихання (/?) .

Процеси нітрифікації та денітрифікації були збалансовані аж до початку інтенсивного використання людиною азотних мінеральних добрив з метою отримання великих урожаїв сільськогосподарських рослин. В даний час через використання величезних обсягів таких добрив спостерігається накопичення азотистих сполук у ґрунті, рослинах, ґрунтових водах. Таким чином, роль живих організмів у кругообігу азоту є основною.

Кругообіг речовин – основа нескінченності життя на нашій планеті. У ньому беруть участь усі живі організми, здійснюючи процеси харчування, дихання, виділення, розмноження. Основою біогенного круговороту є сонячна енергія, яка поглинається фототрофними організмами та перетворюється ними на первинну органічну речовину, доступну консументам. У результаті подальшої трансформації консументами різних порядків енергія їжі поступово витрачається, зменшується. Тому стійкість біосфери пов'язана з постійним припливом сонячної енергії. У біогеохімічних циклах вуглецю та азоту основну роль відіграють живі організми, тоді як основу глобального кругообігу води у біосфері забезпечують фізичні процеси.

В.І. Вернадський дійшов висновку про те, що для забезпечення своєї стійкості життя має бути неодмінно представлено в різних формах. Дійсно, якщо припустити, що життя зародилося десь в океані у формі тільки одного біологічного виду, то через деякий час він витягне з середовища все, що йому потрібно, виділить відходи своєї діяльності, усіє все дно морів своїми останками, і на цьому життя припиниться: перетворити ці останки на мінеральні речовини не буде кому. Ось чому життя як стійке планетарне явище можливе лише тоді, коли воно різноякісне. Ця різноякісність у існуючій Землі біосфері характеризується наявністю трьох складових: продуцентів, консументів і редуцентів.

Трофічна ієрархія біосфери виявляється у складних харчових зв'язках між складовими її видами, це сукупність організмів, об'єднаних типом харчування. Автотрофні організми (переважно зелені рослини) займають перший трофічний рівень (продуценти), далі йдуть гетеротрофи: на другому рівні рослиноїдні тварини (консументи 1 порядку); хижаки, які харчуються рослиноїдними тваринами - на третьому (консументи 2 порядку); вторинні хижаки – на четвертому (консументи 3 порядку). Сапротрофні організми (редуценти) можуть займати всі рівні, починаючи з другого. Організми різних трофічних ланцюгів, які отримують їжу через однакову кількість ланок, перебувають у одному трофічному рівні. Співвідношення різних трофієвих рівнів можна графічно зобразити як піраміди.

Рис.1.Піраміда біомас та трофічні рівні в екосистемі

Екологічні піраміди чисел, біомаси та енергії, зображені у вигляді графічних моделей, виражають кількісні співвідношення різних за способом харчування організмів: продуцентів, консументів та редуцентів. Продуцентами називаються організми, здатні до фото- і хемосинтезу і речовин, що є в харчовому ланцюгу, першою ланкою, творцем органічних речовин з неорганічних. До продуцентів належать практично всі рослини.

Консументами називаються організми, які є у харчовому ланцюзі споживачами органічної речовини. Консументи харчуються рослинами, тваринами або рослинами і тваринами. Розрізняють консументи першого та другого порядку. До тварин першого порядку відносяться всі рослиноїдні тварини, до тварин другого - хижаки. Редуцентами називаються організми, що розкладають мертві органічні речовини (трупи, покидьки) і перетворюють їх на неорганічні речовини, які можуть бути засвоєні знову. До редуцентів відносяться бактерії та гриби. У харчовому ланцюгу редуценти належать до консументів. Взаємодія продуцентів, консументів та редуцентів забезпечує сталість, стійкість біологічного круговороту. Внаслідок цього кругообігу різноманітні форми життя впливають на навколишнє середовище, організують його хімізм, змінюють рельєф місцевості та мікрокліматичні умови. Зони, в яких здійснюється біогенний кругообіг, називаються екосистемами або, як їх назвав В.М. Сукачів, біогеоценозами. Вони являють собою однорідні ділянки земної поверхні з складами живих істот (біоценозів) і відсталих компонентів (ґрунтів, приземних шарів атмосфери, сонячної енергії), що перебувають у взаємодії. Останнє пов'язане з обміном речовин та енергії. Вся сукупність біогеоценозів, що є на Землі та здійснюють біогенний кругообіг речовин, становить біосферу в цілому.

У всіх біогеоценозах продуценти, консументи та редуценти складають різноманітні набори. Це є гарантією того, що якщо щось трапиться з одним із видів, то його частку впливу на біосферу візьмуть на себе інші види і біогеоценоз не зруйнується. Взаємозв'язок біогеоценозів забезпечує стійкість життєвих процесів планети загалом. Ця гарантія забезпечується також тим, що різних біогеоценозів багато: якщо десь на Землі станеться якийсь катаклізм (виверження вулкана, опускання земної кори, настання/відступ моря, геологічний зсув, похолодання тощо), то інші біогеоценози підтримають існування життя та згодом відновлять рівновагу. Наприклад, після того, як на острові Кракатау в результаті виверження вулкана в 1883 році було повністю знищено все живе, через півстоліття життя на острові відновилося.

Отже, біосфера – це система біогеоценозів. Кожен з них є самостійною біологічною системою, точніше підсистемою. Вона забезпечує підтримку біогенного круговороту у конкретних географічних умовах. Кожен біогеоценоз має власний набір видів, пов'язаних друг з одним. Але взаємини у біогеоценозах будуються не так на рівні видів (бо їх представники можуть мешкати у цьому биогеоценозе) і не лише на рівні особин (бо вони переважно харчові і тому короткочасні), але в рівні популяцій видів. Під населенням розуміється сукупність особин одного виду, що довго займає певний простір і відтворює себе протягом великої кількостіпоколінь. Популяції під час спільної еволюції видів у складі біогеоценозу пристосовуються один до одного і прагнуть стійко підтримувати відповідні трофічні ланцюги.

Харчовий (трофічний) ланцюг - ряди видів рослин, тварин, грибів та мікроорганізмів, які пов'язані один з одним відносинами: їжа - споживач. Організми наступної ланки поїдають організми попередньої ланки, і таким чином здійснюється ланцюгове перенесення енергії та речовини, що лежить в основі круговороту речовин у природі. При кожному перенесенні від ланки до ланки втрачається більшість (до 80-90 %) потенційної енергії, що розсіюється як тепла. З цієї причини кількість ланок (видів) у ланцюзі живлення обмежена і не перевищує зазвичай 4-5.

В результаті послідовності перетворень енергії в харчових ланцюгах кожна спільнота живих організмів в екосистемі набуває певної трофічної структури. Трофічна структура спільноти відображає співвідношення між продуцентами, консументами (окремо першого, другого тощо) і редуцентами, виражене або кількістю особин живих організмів, або пхбіомасою або укладеною в них енергією, розрахованими на одиницю площі в одиницю часу.

Трофічну структуру зазвичай зображують як екологічних пірамід. Цю графічну модель розробив 1927 р. американський зоолог Чарльз Елтон. Підставою піраміди служить перший трофічний рівень – рівень продуцентів, а наступні поверхи піраміди утворені наступними рівнями – консументами різних порядків. Висота всіх блоків однакова, а довжина пропорційна числу, біомасі чи енергії на відповідному рівні. Розрізняють три способи побудови екологічних пірамід.

Піраміда енергії відбиває величину потоку енергії, швидкість проходження маси їжі через харчову ланцюг. На структуру біоценозу більшою мірою впливає не кількість фіксованої енергії, а швидкість продукування їжі. Встановлено, що максимальна величина енергії, що передається на наступний трофічний рівень, може в деяких випадках становити 30% попереднього, і це в кращому випадку. У багатьох біоценозах, харчових ланцюгах величина енергії, що передається, може становити всього лише 1 %.

У 1942 р. американський еколог Р. Ліндеман сформулював закон піраміди енергій (закон 10 відсотків),згідно з яким з одного трофічного рівня через харчові ланцюги на інший трофічний рівень переходить в середньому близько 10% енергії, що надійшла на попередній рівень екологічної піраміди. Решта енергії втрачається у вигляді теплового випромінювання, на рух і т.д. Організми в результаті процесів обміну втрачають у кожній ланці харчового ланцюга близько 90% всієї енергії, яка витрачається на підтримку їхньої життєдіяльності.

Якщо заєць з'їв 10 кг рослинної маси, його власна маса може збільшитися на 1 кг. Лисиця або вовк, поїдаючи 1 кг зайчатини, збільшують свою масу вже тільки на 100 г. У деревних рослин ця частка набагато нижча через те, що деревина погано засвоюється організмами. Для трав і морських водоростей ця величина значно більша, оскільки у них відсутні тканини, що важко засвоюються. Проте загальна закономірність процесу передачі енергії залишається: через верхні трофічні рівні її проходить значно менше, ніж нижні. Ось чому ланцюги харчування зазвичай не можуть мати більше 3-5 (рідко 6) ланок, а екологічні піраміди не можуть складатися з великої кількості поверхів. До кінцевої ланки харчового ланцюга так само, як і до верхнього поверху екологічної піраміди, надходитиме так мало енергії, що її не вистачить у разі збільшення кількості організмів.

Цьому твердженню можна знайти пояснення, простеживши, куди витрачається енергія спожитої їжі (С). Частина її йде побудову нових клітин, тобто. на приріст (Р). Частина енергії їжі витрачається забезпечення енергетичного обміну чи дихання. Оскільки засвоюваність їжі може бути повної, тобто.100 %, то частина незасвоєної їжі як екскрементів видаляється з організму (F). Балансова рівність виглядатиме так:

З = Р+R+F.

Враховуючи, що енергія, витрачена на дихання, не передається на наступний трофічний рівень і йде з екосистеми, стає зрозумілим, чому кожен наступний рівень завжди буде меншим за попередній. Саме тому великі хижі тварини завжди рідкісні. Тому також немає хижаків, які харчувалися б вовками. У такому разі вони просто не прогодувалися б, оскільки вовки нечисленні.

Піраміда біомас – це співвідношення мас організмів різних трофічних рівнів. Зазвичай у наземних біоценозах загальна маса продуцентів більша, ніж кожної наступної ланки. У свою чергу, загальна маса консументів першого порядку більша, ніж консументів другого порядку тощо. Якщо організми не дуже розрізняються за розмірами, то на графіці зазвичай виходить ступінчаста піраміда з верхівкою, що звужується. Так, для утворення 1 кг яловичини потрібно 70-90 кг свіжої трави.

У водних екосистемах можна також отримати звернену, або перевернуту, піраміду біомас, коли біомаса продуцентів виявляється меншою, ніж консументів, а іноді і редуцентів. Наприклад, в океані при досить високій продуктивності фітопланктону загальна маса в даний момент його може бути меншою, ніж у споживачів-консументів (кити, великі риби, молюски).

Піраміди чисел та біомас відображають статикусистеми, тобто. характеризують кількість чи біомасу організмів у певний проміжок часу. Вони не дають повної інформації про трофічну структуру екосистеми, хоча дозволяють вирішувати низку практичних завдань, особливо пов'язаних із збереженням стійкості екосистем. Піраміда чисел дозволяє, наприклад, розраховувати допустиму величину улову риби або відстрілу тварин у мисливський період без наслідків для їх нормального відтворення.

Піраміда чисел (чисельностей) відбиває чисельність окремих організмів кожному рівні. Наприклад, щоб прогодувати одного вовка, необхідно по Крайній мірікілька зайців, на яких він міг би полювати; щоб прогодувати цих зайців, потрібна досить велика кількість різноманітних рослин. Іноді піраміди чисел можуть бути зверненими або перевернутими. Це стосується харчових ланцюгів лісу, коли продуцентами є дерева, а первинними консументами - комахи. У цьому випадку рівень первинних консументів чисельно багатший за рівень продуцентів (на одному дереві годується велика кількість комах).

Вигляд, що є споживачем, неспроможна повністю знищити всю популяцію своїх потенційних жертв: інакше він загине сам. У свою чергу, рівень плодючості жертв еволюційно складається з огляду на те, що частина популяції буде знищена хижаками. Але природно, що є обмеження і чисельність самих хижаків. Це підтримує рівновагу системи.

Будь-яка популяція як така також є стійкою біологічної системою. Для забезпечення цього вона безперервно відтворює свій вигляд у біогеоценозі, у якому існує. Закони самоорганізації біосфери такі, що між особами популяції складаються взаємовідносини, створені задля організацію виконання цієї функції. Зокрема, за сприятливих умов існування популяції її особини починають розмножуватися інтенсивніше. Це призводить до того, що між окремими особами виникає конкуренція (через територію, самок тощо). Для популяції стає вигідно, щоб частина особин розмножуватися перестала і зростання чисельності сповільнилося. Зрозуміло, що для особи відмова від створення потомства ненормальна, але для популяції це необхідна реакція на її надмірну чисельність. Наприклад, за певної щільності всередині спільноти гризунів починають загострюватися внутрішні стосунки. У цьому агресивні форми відносин починають переважати над комунікативними, виникає ситуація стресу. Останній призводить до загибелі окремих особин або блокування в деяких з них надходження в кров статевих гормонів.

При різкому погіршенні умов існування (надмірно розплодилися хижаки, погіршилися кліматичні умови, стало мало корми тощо) населення починає скорочуватися. Тоді включаються природні механізми, що стимулюють розмноження. Але населення завжди прагне оптимального рівня своєї чисельності, і, отже, для будь-якої популяції характерний процес саморегуляції. Таким чином, біосфера є системою, в якій в якості підсистеми виступають біогеоценози. Кожен біогеоценоз, своєю чергою, є самостійної системою, у якій як підсистеми виступають популяції. У них підсистемами є окремі організми. Кожен організм, природно, є окремою біологічною системою. Остання є основною одиницею обміну речовин. Біогенний кругообіг речовин у планетарному масштабі можливий тільки тому, що всі організми здійснюють його з довкіллямбезперервно. Саме з організму починається ланцюг взаємовідносин між складовими живої матерії. І на жодному рівні цей ланцюг переривати не можна, бо всі вони пов'язані між собою функціонально. Отже біосфера, будучи цілісної ієрархією підпорядкована цієї закономірності.

Величезну роль відтворенні життя грає енергія Сонця. Кількість цієї енергії дуже велике (приблизно 55 ккал на 1 см 2 на рік). З цієї кількості продуценти – зелені рослини – в результаті фотосинтезу фіксують не більше 1-2 % енергії, а пустелі та океан – соті частки відсотка.

Число ланок у харчовому ланцюгу може бути різним, але зазвичай їх 3-4 (рідше 5). Справа в тому, що до кінцевої ланки харчового ланцюга надходить так мало енергії, що її не вистачить у разі збільшення кількості організмів.

Рис. 1. Харчові ланцюги у наземній екосистемі

Сукупність організмів, об'єднаних одним типом харчування і які займають певне становище в харчовому ланцюзі, зветься трофічний рівень.До одного трофічного рівня належать організми, які отримують свою енергію від Сонця через однакову кількість щаблів.

Найпростіший харчовий ланцюг (або ланцюг харчування) може складатися з фітопланктону, потім йдуть більші травоїдні планктонні ракоподібні (зоопланктон), а закінчується ланцюг китом (або дрібними хижаками), які фільтрують цих ракоподібних із води.

Природа складна. Усі її елементи, живі та неживі, — одне ціле, комплекс пристосованих один до одного, взаємодіючих та взаємопов'язаних явищ та істот. Це ланки одного ланцюга. І якщо видалити із загального ланцюжка хоча б одну таку ланку, результати можуть бути непередбаченими.

Особливо негативно розрив ланцюгів живлення може позначитися на лісу — чи то лісові біоценози помірної зони, чи біоценози тропічного лісу, що відрізняються багатим видовим розмаїттям. Багато видів дерев, чагарників або трав'янистих рослин користуються послугами певного запилювача - бджоли, оси, метелика або колібрі, що мешкають у межах ареалу цього рослинного виду. Як тільки загине останнє квітуче дерево або трав'яниста рослина, запилювач змушений буде покинути це місце проживання. В результаті загинуть фітофаги (травоїдні), що харчуються цими рослинами або плодами дерева. Без пиші залишаться хижаки, що полювали на фітофагів, а далі зміни послідовно торкнуться інших ланок харчового ланцюга. У результаті вони позначаться і людині, оскільки він має своє певне місце у харчової ланцюга.

Харчові ланцюги можна розділити на два основні типи: пасовищну та детритну. Харчові ціні, які починаються з автотрофних фотосинтезуючих організмів, називаються пасовищними,або ланцюгами виїдання.На вершині пасовищного ланцюга стоять зелені рослини. З другого краю рівні пасовищної ланцюга зазвичай перебувають фітофаги, тобто. тварини, що харчуються рослинами. Прикладом пасовищного харчового ланцюга можуть бути взаємовідносини між організмами на заплавному лузі. Починається такий ланцюг із лугової квіткової рослини. Наступна ланка - метелик, який харчується нектаром квітки. Потім йде мешканець вологих місцеперебування - жаба. Її покровительское забарвлення дозволяє їй підстерегти жертву, але з рятує від іншого хижака — звичайного вужа. Чапля, спіймавши вужа, замикає харчовий ланцюг на заплавному лузі.

Якщо харчовий ланцюг починається з відмерлих залишків рослин, трупів та екскрементів тварин — детриту, вона називається детритної, або ланцюгом розкладання.Термін "детрит" означає продукт розпаду. Він запозичений із геології, де детритом називають продукти руйнування гірських порід. В екології детрит - це органічна речовина, залучена до процесу розкладання. Такі ланцюги характерні для угруповань дна глибоких озер, океанів, де багато організмів живляться за рахунок осідання детриту, утвореного відмерлими організмами верхніх освітлених шарів водойми.

У лісових біоценозах детритний ланцюг починається з розкладання мертвої органічної речовини тваринами-сапрофагами. Найбільш активну участь у розкладанні органіки тут беруть ґрунтові безхребетні тварини (членистоногі, черв'яки) та мікроорганізми. Є й великі сапрофаги — комахи, які готують субстрат для організмів, які здійснюють процеси мінералізації (для бактерій та грибів).

На відміну від пасовищного ланцюга розміри організмів під час руху вздовж детритного ланцюга не зростають, а, навпаки, зменшуються. Так, на другому рівні можуть стояти комахи-могильники. Але найбільш типовими представниками детритного ланцюга є гриби і мікроорганізми, що живляться мертвою речовиною і довершують процес розкладання біоорганіки до стану найпростіших мінеральних і органічних речовин, які потім у розчиненому вигляді споживаються корінням зелених рослин на вершині ланцюга пасовища, починаючи тим самим нове коло руху речовини.

У одних екосистемах переважають пасовищні, за іншими — детрітні ланцюги. Наприклад, ліс вважається екосистемою з величезним переважанням детритных ланцюгів. В екосистемі гниючого пня пасовищний ланцюг взагалі відсутній. У той самий час, наприклад, в екосистемах поверхні моря майже всі продуценти, представлені фітопланктоном, споживаються тваринами, які трупи опускаються на дно, тобто. йдуть виданої екосистеми. У таких екосистемах переважають пасовищні харчові ланцюги або ланцюги виїдання.

Загальне правило, що стосується будь-якої харчового ланцюга,говорить: кожному трофічному рівні суспільства більшість поглинається з їжею енергії витрачається підтримки життєдіяльності, розсіюється і більше може бути використана іншими організмами . Отже, спожита їжа кожному трофічному рівні асимілюється в повному обсязі. Значна її частина витрачається обмін речовин. При переході до кожної наступної ланки харчового ланцюга загальна кількість придатної для використання енергії, що передається на наступний, більш високий трофічний рівень, зменшується.