Коротко: растения поддерживают биоразнообразие двумя основными способами — через количественную продукцию (энергетический базис, фотосинтез, биомасса) и через качественные продукты (вторичные метаболиты, морфология, семена и др.), которые формируют взаимодействия между видами. Ниже — сжатый анализ и формулы.
Роль первичной продукции (энергетический базис)
- Что это: суммарная энергия/биомасса, фиксируемая растениями — GPP и NPP, где $\mathrm{NPP}=\mathrm{GPP}-R$ (R — дыхание растений).
- Функции: обеспечивает поток энергии к консументам и детритно-редукторам; создает места обитания и структурные ниши (слои растительности).
- Влияние на биоразнообразие: высокая NPP обычно поддерживает большее число трофических уровней и больших популяций; разнотонная биомасса увеличивает нишевое разнообразие.
Роль «вторичной продукции» растений (качество — метаболиты и структурные продукты)
- Что это: вторичные метаболиты (алкалоиды, терпены, фенолы), выделения (нектар, соки), структурные признаки (листья, корни, габитус).
- Функции: регулируют питание (привлечение/отпугивание), специализированные взаимодействия (опылители, симбионты, патогены), детерминируют пищевую специализацию и конкурентные соотношения.
- Влияние на биоразнообразие: химическая и морфологическая неоднородность поддерживает специализированных видов и сложные сети взаимодействий; защитные метаболиты сдерживают перевыедание и позволяют сосуществование.
Как изменение видов растений влияет на поток энергии в пищевой сети
- Количество NPP напрямую меняет доступную энергию: если $\mathrm{NPP}$ меняется, то доступная энергия на следующий трофический уровень масштабируется с коэффициентом трофической эффективности $ϵ$. Формула простая: $E_n=E_{n-1}\times ϵ$. Типичное $ϵ\sim 0.1$ (порядка $0.05-0.2$), т.е. «правило 10%».
Пример: при $\mathrm{NPP}=1000$ и $ϵ=0.1$: энергия для консументов первого порядка $=1000\times 0.1=100$, для хищников второго порядка $=100\times 0.1=10$.
- Качество пищи меняет $ϵ$: замена нутриционно богатых или слабозащищённых растений на бедные по питанию или химически защищённые снижает $ϵ$ и перекладывает энергию в детритный путь (опад → разложение) или в незадействованные запасы, что уменьшает плотности консументов и хищников.
- Сдвиг видов (например, доминирование инвазора или утрата ключевого растения-опылителя) может:
- уменьшить структурную сложность и ниши → потеря специализированных видов;
- изменить сезонность и силу потоков энергии (пульсации пищевых ресурсов);
- вызвать трофические каскады (снижение растений → падение травоядных → падение хищников) или, наоборот, рост детритной сети.
- Дополнительные эффекты: изменения в корневых выделениях и микробных сообществах влияют на круговорот нутриентов, обратно влияя на потенциальную NPP и устойчивость экосистемы.
Краткий вывод
- Первичная продукция задаёт «количество» энергии и структурный каркас; вторичные продукты задают «качество» ресурсов и характер межвидовых связей.
- Изменение состава растительности изменяет как суммарную доступную энергию ($\mathrm{NPP}$), так и трофическую эффективность ($ϵ$), что приводит к перестройке пищевых сетей, потере или перераспределению биоразнообразия и изменению стабильности экосистемы.