Пищевые цепи и потоки энергии — теория для ОГЭ

Коротко о главном

В экосистеме энергия и вещество передаются от одного организма к другому через пищевые (трофические) цепи. Каждый организм занимает определённый трофический уровень: продуценты → консументы I порядка → консументы II порядка → консументы III порядка и т.д. При переходе с уровня на уровень энергия теряется — большая её часть рассеивается в виде тепла, и только около 10% переходит на следующий уровень. Это ограничивает длину пищевой цепи (обычно 3–5 звеньев) и определяет форму экологической пирамиды.

Определения и формулы/правила

Понятие	Определение
Продуценты	Автотрофные организмы (растения, цианобактерии), создающие органические вещества из неорганических за счёт фотосинтеза или хемосинтеза
Консументы I порядка	Растительноядные животные, поедающие продуцентов
Консументы II порядка	Плотоядные животные, поедающие консументов I порядка
Редуценты (деструкторы)	Бактерии и грибы, разлагающие органические остатки до неорганических веществ
Пищевая цепь пастбищного типа	Начинается с живых растений: растение → травоядное → хищник
Пищевая цепь детритная (цепь разложения)	Начинается с мёртвого органического вещества (детрита): детрит → редуценты
Трофический уровень	Совокупность организмов, занимающих одинаковое положение в пищевой цепи
Экологическая пирамида	Графическое отображение соотношения биомассы, численности или энергии на разных трофических уровнях

Правило экологической пирамиды (правило 10%): при переходе с одного трофического уровня на следующий сохраняется в среднем только 10% энергии, остальные 90% рассеиваются в виде тепла при дыхании, движении и других процессах жизнедеятельности.

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

где $E_n$ — энергия (или биомасса), заключённая в организмах трофического уровня $n$.

Следствие правила: чем длиннее пищевая цепь, тем меньше энергии достигает последнего звена, поэтому число звеньев в цепи ограничено (редко больше 4–5).

Как применять

Пример 1. Составление цепи. Даны организмы: ястреб, кузнечик, трава, лягушка. Нужно построить пищевую цепь. Решение: трава (продуцент) → кузнечик (консумент I) → лягушка (консумент II) → ястреб (консумент III).

Пример 2. Расчёт энергии по правилу 10%. Биомасса растений на лугу содержит энергию, эквивалентную 100 000 кДж. Сколько энергии получат хищники третьего трофического уровня (консументы II порядка)? Решение: продуценты — 100 000 кДж → консументы I порядка: $100\,000 \cdot 0{,}1 = 10\,000$ кДж → консументы II порядка: $10\,000 \cdot 0{,}1 = 1\,000$ кДж. Ответ: 1000 кДж.

Пример 3. Определение недостающего звена в задании 26. В цепи «? → мышь → сова» пропущено начальное звено. Так как мышь — консумент I порядка (травоядное), первым звеном должен быть продуцент, например, семена растений или зерно. Ответ: семена (зерно) → мышь → сова.

Типичные ошибки

• Путают продуцентов и консументов I порядка: забывают, что цепь всегда начинается с автотрофа (растения), а не с животного.
• Неверно применяют правило 10%: умножают, а не делят энергию при движении вверх по цепи, либо путают направление расчёта (от кого к кому переходит энергия).
• Забывают о редуцентах как обязательном звене круговорота веществ, считая, что цепь заканчивается на последнем хищнике.
• Считают, что вся энергия передаётся полностью на следующий уровень, не учитывая потери на дыхание и теплоотдачу.
• Путают пастбищную и детритную цепи, не понимая разницу в исходном звене (живое растение или мёртвое органическое вещество).

Где встречается на экзамене

В задании 20 часто просят проанализировать данные о пищевой цепи или рассчитать энергию/биомассу на трофических уровнях, применяя правило 10%. В задании 26 обычно нужно составить пищевую цепь из предложенного списка организмов, определить трофические уровни или объяснить, почему число звеньев в цепи ограничено с точки зрения потока энергии.