§ 53. Потоки енергії та колообіг речовин в екосистемах

• До змісту відповідей

ЗАВДАННЯ В ПАРАГРАФІ

Прокоментуйте схему, наведену на малюнку 53.1.

Схема ілюструє функціонування екосистеми як відкритої біологічної системи. Сонячна енергія вловлюється продуцентами (автотрофами) і трансформується в енергію хімічних зв’язків органічних речовин. Надалі ця енергія та речовина передаються консументам (гетеротрофам) і редуцентам. На кожному трофічному рівні значна частина енергії втрачається у вигляді розсіяного тепла. На відміну від речовин, які завдяки діяльності редуцентів здійснюють замкнений колообіг, енергія через екосистему проходить односпрямованим потоком і не повертається назад, тому для існування екосистеми потрібне її безперервне надходження ззовні.

Проаналізуйте структуру наведених на малюнку 53.2 трофічних ланцюгів й установіть трофічні рівні організмів, що входять до їхнього складу; запропонуйте свої варіанти пасовищного й детритного трофічних ланцюгів.

Аналіз трофічних ланцюгів на малюнку 53.2:

1. Пасовищний ланцюг (ланцюг виїдання):
   • Рослина (конюшина/квітка) — продуцент ($I$ трофічний рівень);
   • Гусінь (рослиноїдна комаха) — консумент I порядку ($II$ трофічний рівень);
   • Синиця (комахоїдний птах) — консумент II порядку ($III$ трофічний рівень);
   • Хижий птах (яструб) — консумент III порядку ($IV$ трофічний рівень).
2. Детритний ланцюг (ланцюг розкладання):
   • Листяний опад (детрит) — мертва органіка, початкове джерело енергії та речовин;
   • Дощовий черв’як — детритофаг / консумент I порядку ($II$ трофічний рівень);
   • Чорний дрізд — консумент II порядку ($III$ трофічний рівень);
   • Яструб — консумент III порядку ($IV$ трофічний рівень).

Власні приклади:

• Пасовищний ланцюг: Люцерна $\rightarrow$ Заєць-русак $\rightarrow$ Лисиця звичайна $\rightarrow$ Вовк.
• Детритний ланцюг: Опала кора дуба $\rightarrow$ Гриб-трутовик $\rightarrow$ Личинка жука-короїда $\rightarrow$ Дятел.

Спробуйте визначити окремі трофічні ланцюги та схарактеризуйте їх (за малюнком 53.3).

У трофічній мережі лісової екосистеми (мал. 53.3) можна виділити такі взаємопов’язані пасовищні ланцюги:

1. Рослини $\rightarrow$ Рослиноїдні комахи $\rightarrow$ Хижі комахи $\rightarrow$ Дятел $\rightarrow$ Яструб.
2. Рослини $\rightarrow$ Мишоподібні гризуни $\rightarrow$ Лисиця.
3. Рослини $\rightarrow$ Мишоподібні гризуни $\rightarrow$ Сова.
4. Рослини $\rightarrow$ Рослиноїдні птахи $\rightarrow$ Яструб.

Ці ланцюги переплітаються, оскільки один і той самий вид (наприклад, мишоподібні гризуни або хижі птахи) може споживати різні види кормів або сам слугувати здобиччю для кількох хижаків. Що більше таких взаємозв’язків, то стабільнішою є екосистема.

Визначте трофічні рівні, на яких розміщені організми, що входять до трофічних ланцюгів піраміди біомаси (за малюнком 53.4).

• $I$ трофічний рівень (основа піраміди): Продуценти (дерева, трави, чагарники) — мають найбільшу біомасу.
• $II$ трофічний рівень: Консументи I порядку (рослиноїдні тварини: гризуни, копитні, рослиноїдні комахи).
• $III$ трофічний рівень: Консументи II порядку (дрібні хижаки, комахоїдні тварини, хижі птахи).
• $IV$ трофічний рівень (верхівка піраміди): Консументи III порядку (великі верхівкові хижаки: рись, вовк, великі хижі птахи) — мають найменшу сумарну біомасу.

До складу екосистем входять такі екологічні групи організмів: продуценти, консументи та редуценти. Без якої з них, на вашу думку, можуть існувати екосистеми? Відповідь обґрунтуйте.

Теоретично екосистеми можуть функціонувати без групи консументів. Для підтримання базового колообігу речовин достатньо продуцентів, які синтезують органічні речовини з неорганічних сполук за рахунок світлової або хімічної енергії, та редуцентів, які мінералізують відмерлу органічну масу назад до неорганічних сполук (води, вуглекислого газу, мінеральних солей). Консументи є регуляторами чисельності та темпів колообігу, але не є абсолютно обов’язковою ланкою для мінімального замкненого циклу речовин.

ПОМІРКУЙТЕ

1. Які екосистеми продуктивніші – із більш розгалуженою чи менш розгалуженою трофічною мережею?

Продуктивнішими та біологічно стійкішими є екосистеми з більш розгалуженою трофічною мережею (наприклад, вологі тропічні ліси, діброви). У них наявна значна кількість видів-продуцентів, які ефективніше використовують ресурси середовища, а розгалужена сітка взаємозв’язків забезпечує повне засвоєння енергії та взаємозамінність видів у ланцюгах живлення.

2. Чому в піраміді біомаси біомаса продуцентів має переважати над біомасою організмів, що перебувають на вищих трофічних рівнях?

Згідно з правилом екологічної піраміди, під час переходу з одного трофічного рівня на інший втрачається близько 80–90 % енергії у вигляді тепла та витрат на процеси життєдіяльності, і лише 10–20 % перетворюється на новоутворену біомасу організмів наступного рівня. Через це загальна маса консументів кожного наступного порядку закономірно зменшується, а продуценти на першому рівні повинні мати найбільшу біомасу, щоб забезпечити кормом усі наступні ланки.

3. Без яких трофічних рівнів можуть функціонувати екосистеми?

Екосистеми можуть функціонувати без рівнів вторинних і подальших консументів ($III$, $IV$ і наступні рівні — хижаків вищих порядків), а за крайніх умов — повністю без рівнів консументів. Основними й обов’язковими трофічними рівнями для здійснення біогенного колообігу є рівень автотрофних продуцентів ($I$ рівень) та рівень деструкторів-редуцентів.