17.1B: Харчові ланцюги та харчові мережі

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5728

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Джерелом всієї їжі є активність автотрофів, головним чином фотосинтез рослинами. Їх називають виробниками тому, що тільки вони можуть виготовляти їжу з неорганічної сировини. Цим кормом харчуються травоїдні тварини, звані первинними споживачами. М'ясоїдних, які харчуються травоїдними тваринами, називають вторинними споживачами. М'ясоїдні, які харчуються іншими м'ясоїдними тваринами, є третинними (або вищими) споживачами. Такий шлях споживання їжі називається харчовим ланцюгом. Кожен рівень споживання в харчовому ланцюжку називається трофічним рівнем.

У таблиці наведено один приклад харчового ланцюга і представлених в ній трофічних рівнів.

Трава →	Коник →	Жаба →	Змія →	Яструб →	бактерії гниття
Загалом,
Автотрофи (Продюсери) →	Травоїдні (первинні споживачі) →	М'ясоїдні (Вторинні, третинні та ін. Споживачі) →			Розкладачі

Харчова павутина

Більшість харчових ланцюгів пов'язані між собою. Тварини зазвичай споживають різноманітний раціон і, в свою чергу, служать їжею для безлічі інших істот, які полюють на них. Ці взаємозв'язки створюють харчові мережі.

Потік енергії через харчові ланцюги

альт — Малюнок 17.1.2.1 Екосистема Срібні джерела

Одум проаналізував потік енергії через річкову екосистему в Сільвер-Спрінгс, штат Флорида. Його висновки показані тут. Цифри наведені в кілокалоріях на квадратний метр на рік (ккал/м ² /рік).

На кожному трофічному рівні,

Чисте виробництво - це лише частина валового виробництва, оскільки організми повинні витрачати енергію, щоб залишитися в живих. Відзначимо, що різниця між валовим і чистим виробництвом більше для тварин, ніж для виробників - відображає їх більшу активність.
Значна частина енергії, що зберігається в чистому виробництві, була втрачена для системи
- розпад
- несуться вниз за течією
Зверніть увагу на значні втрати в чистому виробництві, оскільки енергія переходить від одного трофічного рівня до наступного.
Ставлення чистого виробництва на одному рівні до чистого виробництва на наступному більш високому рівні називається ефективністю перетворення. Тут вона варіювалася від
- 17% від виробників до первинних споживачів (1478/8833) до
- 4,5% від первинних до вторинних споживачів (67/1478).
З аналогічних досліджень в інших екосистемах ми можемо взяти 10% як середню ефективність конверсії від виробників до первинних споживачів.
Тваринництво часто перевищує це 10% значення. Наприклад, бройлери (молоді кури) можуть набирати півфунта (227 г) ваги за кожен фунт (454 г) їжі, яку вони з'їдають. (Оскільки вміст води у двох не однаковий, ефективність перетворення дещо менше, ніж очевидні 50%.) Тим не менш, втрата енергії, коли вона переходить від виробників до первинних споживачів, пояснює, наприклад, чому купувати фунт біфштекса коштує дорожче, ніж фунт кукурудзи.

Ефективність перетворення від первинних споживачів до вторинних споживачів (травоїдних до м'ясоїдних), як правило, набагато нижча, в середньому близько 1%.
У цій екосистемі вся валова продукція виробників (20 810) зрештою зникла в диханні (14 198) та експорті та занепаді (6612). Так що не було зберігання енергії від року до року. Це характерно для зрілих екосистем, таких як зрілий ліс.

Деякі екосистеми зберігають енергію, наприклад,

Повільна швидкість гниття на болотах змушує накопичуватися торф (джерело світового вугілля)
Молодий ліс накопичує органіку в міру зростання дерев.

Піраміда енергії

Ефективність конверсій завжди набагато менше 100%. На кожній ланці харчового ланцюга значна частина сонячної енергії - спочатку захопленої фотосинтезуючим автотрофом - розсіюється назад у навколишнє середовище (зрештою, як тепло). Таким чином, випливає, що загальна кількість енергії, що зберігається в тілах даної популяції, залежить від її трофічного рівня. Наприклад, загальна кількість енергії в популяції жаб обов'язково має бути набагато менше, ніж у комах, якими вони харчуються. Комахи, в свою чергу, мають лише частку енергії, що зберігається в рослині, якими вони харчуються. Це зменшення загальної доступної енергії на кожному більш високому трофічному рівні називається пірамідою енергії.

Використовуючи дані Одума про чисту продуктивність на різних рівнях в Silver Springs, ми отримуємо цю піраміду. Цифри представляють чисте виробництво на кожному трофічному рівні, вираженому в ккал/м ² /рік.

Піраміда з біомаси

Як вимірювати кількість енергії в популяції?

Оскільки всі організми складаються з приблизно однакових органічних молекул в однакових пропорціях, міра їх сухої ваги є грубою мірою енергією, яку вони містять. Перепис населення, помножена на вагу середньостатистичної особини в ньому, дає оцінку ваги населення. Це називається біомасою (або стоячою культурою). Це теж зменшується з відстанню уздовж харчового ланцюга від автотрофів, які роблять органічні молекули в першу чергу.

На графіку зображена піраміда біомаси для Срібних джерел. (Вона теж заснована на даних, отриманих Говардом Т.Одумом.) Цифри представляють суху вагу органіки (на квадратний метр) на момент відбору проб. Аналіз різних екосистем вказує на те, що ті, у кого присідання піраміди біомаси (з ефективністю перетворення між одним трофічним рівнем і наступним усередненим 10% або краще) рідше порушуються фізичними або біотичними змінами, ніж ті, у яких високі худі піраміди (мають ефективність перетворення менше більше 10%).

Піраміда чисел

Дрібні тварини більш численні, ніж більші. Цей графік показує піраміду чисел, отриманих при переписі популяцій автотрофів, травоїдних та двох рівнів м'ясоїдних тварин було взято на акрі (0,4 га) пасовищах. Цифри представляють кількість особин, підрахованих на кожному трофічному рівні. Піраміда заснована на даних, отриманих Евансом, Кейном і Уолкоттом, і була перемальована з дозволу E.P. Odum, Основи екології, 2nd. ред., © W. B. Saunders Co., Філадельфія, 1959.

Піраміда виникає через те, що:

Кожен вид обмежений у своїй загальній біомасі своїм трофічним рівнем.
Так, якщо розміри особин на даному трофічному рівні невеликі, їх чисельність може бути великою і навпаки.
Хижаки зазвичай більші за свою здобич.
Займаючи більш високий трофічний рівень, їх біомаса повинна бути менше.
Значить, чисельність особин в популяції хижака набагато менше, ніж у популяції видобутку.