Экосистемы и их структура: теория для ЕГЭ (задания 18, 19)

Коротко о главном

Экосистема — совокупность живых организмов (биоценоз) и неживой среды (биотоп), связанных обменом веществ и энергии. В заданиях 18–19 ЕГЭ проверяют умение выделять компоненты экосистемы, строить цепи и сети питания, применять правило экологической пирамиды и рассчитывать перенос энергии между звеньями.

Определения и правила

Термин	Определение
Биогеоценоз (экосистема)	Природный комплекс из биоценоза и абиотической среды (биотопа) с круговоротом веществ
Биотоп	Абиотическая часть экосистемы: почва, климат, вода, свет
Биоценоз	Совокупность всех живых организмов на территории: фитоценоз, зооценоз, микробиоценоз
Продуценты	Автотрофы, создающие органику из неорганики (растения, цианобактерии, хемотрофы)
Консументы I порядка	Растительноядные животные (фитофаги)
Консументы II, III порядка	Хищники, поедающие консументов предыдущего порядка
Редуценты	Бактерии, грибы, разлагающие органику до неорганических веществ
Цепь питания	Ряд организмов, связанных отношением «пища — потребитель»
Пастбищная цепь	Начинается с продуцентов (трава → заяц → лиса)
Детритная (сапротрофная) цепь	Начинается с мёртвого органического вещества (опад → черви → бактерии)
Трофический уровень	Место организма в цепи питания, определяемое числом переносов энергии
Экологическая пирамида	Графическая модель соотношения биомассы, численности или энергии по трофическим уровням

Правило экологической пирамиды (правило 10%): при переходе энергии с одного трофического уровня на следующий сохраняется в среднем около 10% энергии предыдущего уровня; остальные 90% расходуются на дыхание, движение, теплообразование, выделяются с непереваренными остатками.

$$E_{n+1} \approx 0{,}1 \cdot E_n$$

где $E_n$ — энергия (или биомасса) n-го трофического уровня, $E_{n+1}$ — энергия следующего уровня.

Структурные компоненты экосистемы:

• Видовая структура — разнообразие видов и их соотношение (индекс видового разнообразия).
• Пространственная структура — ярусность в фитоценозе (древостой, подлесок, травяной покров, мхи-лишайники) и вертикальное распределение животных по ярусам.
• Трофическая структура — распределение организмов по цепям и уровням питания.
• Экологическая ниша — совокупность условий и ресурсов, занимаемых видом в экосистеме.

Как применять

Пример 1. Постройте цепь питания: трава, кузнечик, лягушка, уж, ястреб-змееяд. Решение: трава (продуцент) → кузнечик (консумент I) → лягушка (консумент II) → уж (консумент III) → ястреб-змееяд (консумент IV). Каждый организм — пища для следующего.

Пример 2. Биомасса продуцентов луга составляет 10000 кг. Оцените биомассу консументов II порядка, если действует правило 10%. Решение: консументы I порядка ≈ $10000 \cdot 0{,}1 = 1000$ кг; консументы II порядка ≈ $1000 \cdot 0{,}1 = 100$ кг. Ответ: около 100 кг.

Пример 3. Задание 19 часто просит определить тип пирамиды по рисунку и объяснить сужение к верхним уровням. Ответ строится так: чем выше трофический уровень, тем меньше доступной энергии из-за её рассеивания в виде тепла при дыхании и жизнедеятельности, поэтому биомасса и численность организмов уменьшаются к вершине пирамиды.

Типичные ошибки

• Путают продуцентов с консументами I порядка — забывают, что растения сами создают органику, а не потребляют её.
• Считают, что редуценты — это только животные-потребители мёртвой органики, забывая грибы и бактерии.
• Неверно применяют правило 10%: складывают, а не умножают энергию уровней, либо забывают, что это среднее приближение, а не точный закон.
• Путают пирамиду биомассы с пирамидой численности — в водных экосистемах пирамида биомассы может быть перевёрнутой (фитопланктон < зоопланктона по массе в отдельный момент времени).
• Забывают, что один вид может занимать разные трофические уровни в разных цепях (например, человек — консумент I и II порядка одновременно).

Где встречается на экзамене

Тема входит в задания 18 (работа с таблицами, схемами, рисунками экосистем) и 19 (анализ графической информации: экологические пирамиды, цепи и сети питания, круговорот веществ). Требуется указать тип компонента экосистемы, достроить цепь питания, объяснить принцип пирамиды или рассчитать перенос энергии между уровнями.