Трофічні рівні та його характеристика. Трофічний рівень – елемент харчового ланцюжка

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ, Сукупність організмів, що об'єднуються типом харчування. Уявлення про трофічний рівень дозволяє зрозуміти динаміку потоку енергії та визначальну його трофічну структуру.

Автотрофні організми (переважно зелені рослини) займають перший трофічний рівень (продуценти), рослиноїдні тварини - другий (консументи першого порядку), хижаки, що живляться рослиноїдними тваринами, - третій (консументи другого порядку), вторинні хижаки - четвертий (консументи). Організми різних трофічних ланцюгів, але одержують їжу через рівну кількість ланок у трофічної ланцюга, перебувають у одному трофічному рівні. Так, корова і жук довгоносик роду ситона, що харчуються листям люцерни, є консументами першого порядку. Реальні взаємини між трофічними рівнями у співтоваристві дуже складні. Популяції однієї й тієї ж виду, беручи участь у різних трофічних ланцюгах, можуть бути різних трофічних рівнях, залежно від джерела використовуваної енергії. На кожному трофічному рівні спожита їжа асимілюється не повністю, тому що значна частина її витрачається на обмін. Тому продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша за продукцію попереднього трофічного рівня, в середньому в 10 разів. Відносна кількість енергії, що передається від одного трофічного рівня до іншого, називається екологічною ефективністю спільноти або ефективністю трофічного ланцюга.

Співвідношення різних трофічних рівнів (трофічну структуру) можна зобразити графічно як екологічної піраміди, основою якої є перший рівень (рівень продуцентів).

Екологічна пірамідаможе бути трьох типів:
1) піраміда чисел - відбиває чисельність окремих організмів кожному рівні;
2) піраміда біомаси - загальна суха вага, енергозміст або інший захід загальної кількості живої речовини;
3) піраміда енергії – величина потоку енергії.

Основа в пірамідах чисел та біомаси може бути меншою, ніж наступні рівні (залежно від співвідношення розмірів продуцентів та консументів). Піраміда енергії завжди звужується догори. У наземних екосистемах зменшення кількості доступної енергії зазвичай супроводжується зменшенням біомаси та чисельності особин на кожному трофічному рівні.

Піраміда чисел (1) показує, що якби хлопчик харчувався протягом одного року тільки телятиною, то для цього йому знадобилося б 4,5 теляти, а для харчування телят необхідно засіяти поле в 4 га люцерної (2x10(7) рослин). У піраміді біомаси (2) число особин замінено величинами біомаси. У піраміді енергії (3) враховано сонячну енергію Люцерна використовує 0,24% сонячної енергії. Для накопичення продукції телятами протягом року використовується 8% енергії, акумульованої люцерною. На розвиток та зростання дитини протягом року використовується 0,7% енергії, акумульованої телятами В результаті трохи більше однієї мільйонної частки сонячної енергії, що падає на поле в 4 га, використовується для харчування дитини протягом одного року. (за Ю. Одумом)

Вивчаючи біотичні структури різних екосистем, вчені помітили, що всі організми в них вибудовані в таких ланцюжках у кожній такій екосистемі можна простежити чимало. За ними речовина, яка є джерелом енергії, а також будівельним матеріалом, рухається від одного організму до іншого. Тобто, один організм поїдає інший, а його у свою чергу поїдає третій. Ось простий приклад такого ланцюга: трава – корова – людина.

І всі ці ланцюги рідко бувають ізольованими один від одного – всі вони об'єднані в одну харчову мережу. Взаємини у цій мережі досить складні. Наприклад, травоїдні тварини харчуються рослинами кількох видів. А хижаки теж не дуже перебірливі у виборі м'яса для свого раціону. Але незважаючи на те, що таких чимало і всі вони досить різноманітні – їх можна вписати в одну схему. А виглядає ця схема так: зелені рослини – первинні консументи – вторинні консументи – третинні консументи – репродуценти. Причому репродуценти завжди стоять наприкінці, а консументів у ній може бути кілька. Усі ці ланки називаються трофічними рівнями.

Тобто з наукової точки зору трофічний рівень – це вся сукупність організмів, які займають у харчовій мережі певне місце. І у звичайній екосистемі можна нарахувати не більше 3-4 таких рівнів. Перший трофічний рівень – це, безумовно, рослини. З них починаються всі Другий трофічний рівень зайнятий фітофагами, тобто рослиноїдними. Це і харчуються лише флорою.

Третій трофічний рівень зайнятий консументами 2-го порядку. Ними є хижаки, які харчуються лише травоїдними тваринами. Також тут можуть бути еврифаги, тобто всеїдні. Вони однаково можуть харчуватися як рослинною, і тваринною їжею. До них належать свині, лисиці, щури, таргани та інші подібні. Людина за своєю суттю також є еврифагом. Також на цьому рівні можуть перебувати і консументи третього порядку – такі хижаки, які харчуються лише м'ясоїдними тваринами.

І останній трофічний рівень зазвичай зайнятий редуцентами, тобто гетеротрофними організмами. Вони руйнують, мінералізують та деструктурують відходи екосистем. Після їхньої «роботи» виходять прості мінеральні сполуки. А редуценти у свою чергу поділяються на два класи. Це детритофаги – тварини, які безпосередньо харчуються органічними залишками та мертвими організмами. До них відносяться стерв'ятники, грифи, шакали, гієни, дощові черв'яки та інші «падальники».

Також до редуцентів належать і деструктори. Вони вже розкладають мертву органіку на неорганічні сполуки. Простіше кажучи, вони підтримують процеси розкладання та гниття. До них відносяться бактерії та гриби. І всі ці влаштовані так, що продуценти, консументи та редуценти через них тісно взаємодіють. Вони підтримують цілісність та структуру біоценозів, узгоджуючи при цьому потоки речовини та енергії. Це сприяє регулюванню довкілля.

Графічно таку трофічну структуру екологічної системи можна зобразити як піраміду енергетичних потоків. Її основою є продуценти або 1-й трофічний рівень. А всі наступні рівні є поверхами та вершиною цієї піраміди. І через кожен із цих рівнів йде потік енергії. При цьому енергія, що виходить із одного рівня, є вхідною енергією для наступного. І основною причиною такої невеликої кількості трофічних рівнів у кожній екосистемі є те, що значна частина енергії під час цих переходів втрачається. Тут діє правило 10%, і згідно з ним лише така кількість корисної енергії передається на наступний рівень. І 10% – це максимальна цифра. У деяких екосистемах таке ККД дорівнює лише одному відсотку.

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 у їжу біомасу попередніх трофічних рівнів, втрачаючи енергію з втратами на дихання, обігрів тіла, різні форми діяльності, 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.

ТРОФІЧНИЙ РІВЕНЬ

Розподіл організмів за широкими категоріальними групами - трофічними рівнями, - заснований на їхньому становищі в «харчовому ланцюгу», було запропоновано як корисне спрощення при аналізі структури та функціонування екосистеми з точки зору енергетичного потоку.

На нижньому рівні харчового ланцюга знаходяться продуценти, тобто виробники органічної речовини (в основному рослини), яких поїдають рослиноїдні (первинні консументи, або споживачі), а їх, у свою чергу, поїдають хижаки (консументи другого порядку). На невеликих хижаків полюють великі хижаки (консументи третього порядку) тощо. Якщо розглядати цей процес з погляду біомаси, то трофічні рівні налаштовуються одна на одну як цеглини «Лего», пропорційно до кількості представленої біомаси. В результаті одержуємо піраміду, в основі якої лежать первинні виробники. Іноді піраміда буває перевернутою, коли широко представлені рослиноїдні як би тиснуть своєю масою на небагатий рівень первинних виробників; у такому разі складається враження, що біомаса виробників менше рівня, достатнього для підтримки біомаси травоїдних. У якийсь конкретний момент часу це може виявитися дійсно так, але, крім статики, потрібно брати до уваги і динаміку системи. Виробники можуть розмножуватися з дуже великою швидкістю та нарощувати біомасу набагато швидше, ніж споживачі, просто вони й споживаються із дуже великою швидкістю. Якщо трофічні рівні розглядати з погляду надходження енергії, то через неефективність її передачі з одного рівня на інший форма харчових відносин повинна завжди набувати форми піраміди (див. «Екологічна енергетика»).

Концепцію трофічних рівнів критикували. Може, це лише констатація очевидного факту, виражена науковою мовою? Може вона занадто широка для того, щоб виявитися корисною при дослідженнях? Де в цих пірамідах місце всеїдних та організмів, що харчуються падалью (редуцентів)? Як бути із хижими рослинами? Доросла шотландська куріпка поїдає молоді пагони вересу, а її пташенята харчуються комахами - виходить, що той самий вид розташовується на різних трофічних рівнях. Через ці труднощі деякі екологи вважають, що ідея трофічних рівнів ні на що не придатна і її слід відкинути як непотрібну. Вони кажуть, що потік енергії та її трансформацію в екосистемах краще вивчати за допомогою схеми «мережі трофічних відносин».

також статті "Первинна продукція", "Трофічна мережа", "Екологічна енергетика", "Екосистема".