Natura jest niesamowita i różnorodna, a wszystko w niej jest ze sobą powiązane i zrównoważone. Liczba osobników dowolnego gatunku zwierząt, owadów, ryb jest stale regulowana.

Nie można sobie wyobrazić, że liczba osobników jakiegokolwiek gatunku stale rośnie. Aby temu zapobiec, istnieje selekcja naturalna i wiele innych czynników środowiskowych, które stale regulują tę liczbę. Zapewne każdy z Was słyszał takie określenie jak piramida ekologiczna. Co to jest? Jakie rodzaje piramid ekologicznych istnieją? Na jakich zasadach się opiera? Odpowiedzi na te i inne pytania otrzymasz poniżej.

Piramida ekologiczna to... Definicja

Tak więc wszyscy wiedzą, że w biologii istnieją łańcuchy pokarmowe, gdy niektóre zwierzęta, zwykle drapieżniki, żywią się innymi zwierzętami.

Piramida ekologiczna dotyczy tego samego systemu, ale z kolei jest znacznie bardziej globalna. Co ona reprezentuje? Piramida ekologiczna to rodzaj systemu, który odzwierciedla w swoim składzie liczbę stworzeń, masę osobników oraz energię właściwą im na każdym poziomie. Osobliwością jest to, że wraz ze wzrostem każdego poziomu wskaźniki są znacznie zmniejszane. Nawiasem mówiąc, właśnie z tym wiąże się reguła piramidy ekologicznej. Zanim o tym porozmawiamy, warto zrozumieć, jak ten schemat wygląda.

zasada piramidy

Jeśli wyobrazisz to sobie schematycznie na rysunku, będzie to coś podobnego do piramidy Cheopsa: czworokątna piramida ze spiczastym wierzchołkiem, na której koncentruje się najmniejsza liczba osobników.

Zasada piramidy ekologicznej definiuje jeden bardzo ciekawy wzór. Polega ona na tym, że podstawa piramidy ekologicznej, czyli roślinność stanowiąca podstawę żywienia, jest około dziesięciokrotnie większa niż masa zwierząt żywiących się pokarmami roślinnymi.

Co więcej, każdy następny poziom jest również dziesięć razy mniejszy niż poprzedni. Okazuje się więc, że skrajny górny poziom zawiera najmniejszą masę i energię. Co daje nam tę regularność?

Rola reguły piramidy

W oparciu o zasadę piramidy ekologicznej można rozwiązać wiele problemów. Na przykład, ile orłów może urosnąć, gdy jest określona ilość zboża, kiedy w łańcuch pokarmowy zaangażowane są żaby, węże, koniki polne i orzeł.

Opierając się na fakcie, że tylko 10% energii jest przekazywane na najwyższy poziom, takie problemy można łatwo rozwiązać. Dowiedzieliśmy się, czym są piramidy ekologiczne, ujawniliśmy ich zasady i schematy. Ale teraz porozmawiamy o tym, jakie piramidy ekologiczne istnieją w przyrodzie.

Rodzaje piramid ekologicznych

Istnieją trzy rodzaje piramid. Na podstawie wstępnej definicji można już stwierdzić, że są one związane z liczbą osobników, ich biomasą i zawartą w nich energią. Ogólnie rzecz biorąc, o wszystkim w porządku.

Piramida liczb

Nazwa mówi sama za siebie. Piramida ta odzwierciedla liczbę osobników znajdujących się na wszystkich poziomach z osobna. Warto jednak zauważyć, że w ekologii jest używany dość rzadko, ponieważ na tym samym poziomie występuje bardzo duża liczba osobników i dość trudno jest podać pełną strukturę biocenozy.

Wszystko to znacznie łatwiej wyobrazić sobie na jednym konkretnym przykładzie. Załóżmy, że u podstawy piramidy znajduje się 1000 ton zielonych roślin. Ta roślinność jest zjadana przez koniki polne. Na przykład ich liczba wynosi około trzydziestu milionów. Dziewięćdziesiąt tysięcy żab może zjeść wszystkie te koniki polne. Same żaby są pokarmem dla 300 pstrągów. Jest to ilość ryb, które jedna osoba może zjeść w ciągu roku. Co dostajemy? I okazuje się, że u podstawy piramidy znajdują się miliony źdźbeł trawy, a na szczycie piramidy jest tylko jedna osoba.

Właśnie tutaj możemy zaobserwować, jak przy przechodzeniu z jednego poziomu na każdy kolejny poziom wskaźniki maleją. Masa, liczba osobników maleje, maleje zawarta w nich energia. Nie mówiąc już o tym, że są wyjątki. Na przykład, czasami są odwrócone eko-piramidy liczb. Załóżmy, że owady żyją na pewnym drzewie w lesie. Żywią się nimi wszystkie owadożerne ptaki.

piramida biomasy

Drugi schemat to piramida biomasy. To też stosunek. Ale w tym przypadku jest to stosunek mas. Z reguły masa u podstawy piramidy jest zawsze znacznie większa niż na najwyższym poziomie troficznym, masa drugiego poziomu jest większa niż masa trzeciego poziomu i tak dalej. Jeśli organizmy na różnych poziomach troficznych nie różnią się zbytnio wielkością, to na rysunku wygląda to po prostu jak czworokątna piramida zwężająca się ku górze. Jeden z amerykańskich naukowców wyjaśnił budowę tej piramidy na następującym przykładzie: masa roślinności na łące jest znacznie większa niż masa osobników zjadających te rośliny, masa roślinożerców jest większa niż masa mięsożerców pierwszego stopnia , waga tych ostatnich jest wyższa niż waga mięsożerców drugiego poziomu i tak dalej.

Na przykład jeden lew waży całkiem sporo, ale ten osobnik jest tak rzadki, że w porównaniu z masą innych osobników jego własna masa jest znikoma. Wyjątki zdarzają się również w takich piramidach, gdy masa producentów jest mniejsza niż masa konsumentów. Weźmy jako przykład system wodny. Masa fitoplanktonu, nawet biorąc pod uwagę wysoką produktywność, jest mniejsza niż masa konsumentów, takich jak wieloryby. Takie piramidy nazywane są odwróconymi lub odwróconymi.

piramida energetyczna

I wreszcie trzeci rodzaj piramidy ekologicznej to piramida energetyczna. Odzwierciedla prędkość, z jaką masa żywności przechodzi przez łańcuch, a także ilość tej energii. Prawo to sformułował R. Lindemann. To on udowodnił, że wraz ze zmianą poziomu troficznego przechodzi tylko 10% energii, która była na poprzednim poziomie.

Początkowy procent energii wynosi zawsze 100%. Ale jeśli tylko jedna dziesiąta przechodzi do następnego poziomu troficznego, to gdzie idzie większość energii? Główna jej część, czyli 90%, jest wydatkowana przez jednostki na zapewnienie wszystkich procesów życiowych. Więc tutaj też jest pewien wzór. Przez wyższe poziomy troficzne, gdzie występuje mniejsza masa i liczba osobników, przepływa również znacznie mniej energii niż przez niższe poziomy. To może tłumaczyć fakt, że nie ma tak wielu drapieżników.

Wady i zalety piramid ekologicznych

Pomimo wielu różnych typów, prawie każdy z nich ma szereg wad. Są to na przykład piramidy liczb i biomasy. Jaka jest ich wada? Faktem jest, że budowa pierwszego sprawia pewne trudności, jeśli rozrzut w liczbie różnych poziomów jest zbyt duży. Ale trudność polega nie tylko na tym.

Piramida energetyczna jest w stanie porównać produktywność, ponieważ uwzględnia najważniejszy czynnik czasu. I oczywiście warto powiedzieć, że taka piramida nigdy nie jest odwrócona. Z tego powodu jest to swego rodzaju standard.

Rola piramidy ekologicznej

Piramida ekologiczna jest tym, co pomaga nam zrozumieć strukturę biocenozy, opisać stan systemu. Schematy te pomagają również w określeniu dopuszczalnej ilości połowów ryb, liczby zastrzelonych zwierząt.

Wszystko to jest konieczne, aby nie naruszać ogólnej integralności i trwałości środowiska. Piramida z kolei pomaga nam zrozumieć organizację społeczności funkcjonalnych, a także porównać różne ekosystemy pod względem ich produktywności.

Piramida ekologiczna jako stosunek cech

Na podstawie powyższych typów możemy stwierdzić, że piramida ekologiczna jest rodzajem stosunku wskaźników związanych z obfitością, masą i energią. Poziomy piramidy ekologicznej są różne pod każdym względem. Wyższe wyniki oznaczają niższe poziomy i odwrotnie. Nie zapomnij o odwróconych schematach. Tutaj konsumenci przewyższają liczebnie producentów. Ale nie ma w tym nic dziwnego. Natura ma swoje prawa, wyjątki mogą być wszędzie.

Piramida energetyczna jest najprostsza i najbardziej niezawodna, ponieważ uwzględnia najważniejszy czynnik czasu. Z tego powodu jest to uważane za pewien standard. Rola piramid ekologicznych jest bardzo ważna dla utrzymania równowagi naturalnych ekosystemów i zapewnienia ich trwałości.

Reguła Lindemanna (10%)

Przepływ energii, przechodząc przez poziomy troficzne biocenozy, jest stopniowo wygaszany. W 1942 r. R. Lindemann sformułował prawo piramidy energii, czyli prawo (regułę) 10%, zgodnie z którym z jednego poziomu troficznego piramidy ekologicznej przechodzi się na inny, wyższy poziom (po „drabinie”): producent – ​​konsument – ​​rozkładający) średnio około 10% energii otrzymywanej na poprzednim poziomie piramidy ekologicznej. Odwrotny przepływ związany ze zużyciem substancji i energii wytwarzanej przez górny poziom piramidy ekologicznej energii przez jej niższe poziomy np. ze zwierząt do roślin jest znacznie słabszy – nie więcej niż 0,5% (nawet 0,25%) jej całkowitego przepływu, a zatem możemy powiedzieć, że obieg energii w biocenozie nie jest konieczny.

Jeśli podczas przechodzenia na wyższy poziom piramidy ekologicznej traci się energię dziesięciokrotnie, to nagromadzenie szeregu substancji, w tym toksycznych i radioaktywnych, wzrasta w przybliżeniu w tej samej proporcji. Fakt ten jest ustalony w regule amplifikacji biologicznej. Dotyczy to wszystkich cenoz. W biocenozach wodnych nagromadzenie wielu substancji toksycznych, w tym pestycydów chloroorganicznych, koreluje z masą tłuszczów (lipidów), tj. wyraźnie ma podłoże energetyczne.

Piramidy ekologiczne

Aby zobrazować relacje między organizmami różnych gatunków w biocenozie, zwykle stosuje się piramidy ekologiczne, rozróżniając piramidy obfitości, biomasy i energii.

Spośród piramid ekologicznych najbardziej znane i najczęściej stosowane to:

§ Piramida liczb

§ Piramida biomasy

Piramida liczb. Aby zbudować piramidę obfitości, liczy się liczbę organizmów na określonym terytorium, grupując je według poziomów troficznych:

§ producenci – rośliny zielone;

§ konsumenci pierwotni - roślinożercy;

§ konsumenci wtórni – mięsożercy;

§ konsumenci trzeciego rzędu – mięsożercy;

§ konsumenci ha-e („ostateczni drapieżcy”) - mięsożercy;

§ dekompozytory - destruktory.

Każdy poziom jest konwencjonalnie przedstawiony jako prostokąt, którego długość lub powierzchnia odpowiada wartości liczbowej liczby osobników. Umieszczając te prostokąty w podrzędnej kolejności, otrzymują ekologiczną piramidę obfitości (ryc. 3), której podstawową zasadę po raz pierwszy sformułował amerykański ekolog Ch. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Proc. dla uniwersytetów / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, OP Melekhova. - wyd. 3, stereotyp. - M .: Drop, 2004 ..

Ryż. Ryc. 3. Ekologiczna piramida obfitości dla łąki zarośniętej zbożami: liczby - liczba osobników

Dane do piramid populacyjnych można łatwo uzyskać poprzez bezpośrednie pobieranie próbek, ale są pewne trudności:

§ Producenci różnią się znacznie pod względem wielkości, chociaż jedno zboże lub alga ma taki sam status jak jedno drzewo. To czasami narusza prawidłowy kształt piramidy, czasami nawet daje odwrócone piramidy (ryc. 4) Tamże.;

Ryż.

§ Rozpiętość liczebności różnych gatunków jest tak szeroka, że ​​trudno zachować skalę w graficznym przedstawieniu, ale w takich przypadkach można zastosować skalę logarytmiczną.

Piramida biomasy. Ekologiczna piramida biomasy jest zbudowana podobnie jak piramida obfitości. Jego głównym znaczeniem jest pokazanie ilości żywej materii (biomasy - całkowitej masy organizmów) na każdym poziomie troficznym. Pozwala to uniknąć niedogodności typowych dla piramid populacji. W tym przypadku rozmiar prostokątów jest proporcjonalny do masy żywej materii odpowiedniego poziomu na jednostkę powierzchni lub objętości (ryc. 5, a, b) Nikolaykin N. I. Ekologia: Proc. dla uniwersytetów / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, OP Melekhova. - wyd. 3, stereotyp. - M.: Drop, 2004.. Określenie „piramida biomasy” powstało w związku z tym, że w zdecydowanej większości przypadków masa konsumentów pierwotnych żyjących kosztem producentów jest znacznie mniejsza niż masa tych producentów, a masa konsumentów wtórnych jest znacznie mniejsza niż masa konsumentów pierwotnych. Zwyczajowo osobno przedstawia się biomasę destruktorów.

Ryż. Ryc. 5. Piramidy biomasy biocenoz rafy koralowej (a) i kanału La Manche (b): liczby - biomasa w gramach suchej masy na 1 m 2

Pobieranie próbek określa biomasę stojącą lub plon stojący (tj. w danym momencie), który nie zawiera żadnych informacji o tempie produkcji lub zużyciu biomasy.

Szybkość tworzenia materii organicznej nie determinuje jej całkowitych rezerw, tj. całkowita biomasa wszystkich organizmów na każdym poziomie troficznym. Dlatego w dalszej analizie mogą wystąpić błędy, jeśli nie zostaną wzięte pod uwagę:

* Po pierwsze, jeśli tempo zużycia biomasy (straty na skutek jedzenia) i tempo jej powstawania są równe, to uprawa na pniu nie wskazuje na produktywność, tj. o ilości energii i materii przechodzącej z jednego poziomu troficznego na wyższy, przez określony czas (np. rok). Tak więc na żyznym, intensywnie użytkowanym pastwisku plon traw na winorośli może być niższy, a produktywność wyższa niż na pastwisku mniej żyznym, ale mało wykorzystywanym do wypasu;

* po drugie, drobni producenci, jak glony, charakteryzują się wysokim tempem wzrostu i reprodukcji, równoważonym ich intensywnym spożywaniem przez inne organizmy i naturalną śmiercią. Dlatego ich produktywność nie może być mniejsza niż u dużych producentów (na przykład drzew), chociaż biomasa na winorośli może być niewielka. Innymi słowy, fitoplankton o takiej samej produktywności jak drzewo będzie miał znacznie mniejszą biomasę, chociaż mógłby podtrzymywać życie zwierząt o tej samej masie.

Jedną z konsekwencji tego, co zostało opisane, są „odwrócone piramidy” (ryc. 3, b). Zooplankton biocenoz jezior i mórz ma najczęściej większą biomasę niż jego pokarm – fitoplankton, jednak tempo rozmnażania się zielonych alg jest tak duże, że w ciągu dnia odbudowują całą biomasę zjedzoną przez zooplankton. Niemniej jednak w niektórych okresach roku (podczas wiosennego kwitnienia) obserwuje się zwykły stosunek ich biomas (ryc. 6) Nikolaikin NI Ecology: Proc. dla uniwersytetów / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, OP Melekhova. - wyd. 3, stereotyp. - M .: Drop, 2004 ..

Ryż. Ryc. 6. Sezonowe zmiany piramidy biomasy jeziora (na przykładzie jednego z włoskich jezior): liczby - biomasa w gramach suchej masy na 1 m 3

Pozorne anomalie pozbawione są piramid energii, które omówiono poniżej.

Piramida energetyczna. Najbardziej podstawowym sposobem odzwierciedlenia zależności między organizmami o różnych poziomach troficznych a funkcjonalną organizacją biocenoz jest piramida energetyczna, w której wielkość prostokątów jest proporcjonalna do równoważnika energii w jednostce czasu, tj. ilość energii (na jednostkę powierzchni lub objętości), która przeszła przez określony poziom troficzny w przyjętym okresie (ryc. 7) Ibidem.. Można rozsądnie dodać jeszcze jeden prostokąt od dołu do podstawy piramidy energii, odzwierciedlając przepływ energii słonecznej.

Piramida energii odzwierciedla dynamikę przejścia masy pokarmu przez łańcuch pokarmowy (troficzny), co zasadniczo odróżnia ją od piramid obfitości i biomasy, które odzwierciedlają statykę układu (liczbę organizmów w danej za chwilę). Na kształt tej piramidy nie mają wpływu zmiany wielkości i intensywności metabolizmu osobników. Jeśli weźmie się pod uwagę wszystkie źródła energii, to piramida zawsze będzie miała typowy kształt (w postaci piramidy z wierzchołkiem do góry), zgodnie z drugą zasadą termodynamiki.

Ryż. 7. Piramida energii: liczby - ilość energii, kJ * m -2 * r -1

Piramidy energetyczne pozwalają nie tylko porównać różne biocenozy, ale także określić względne znaczenie populacji w obrębie tej samej społeczności. Są najbardziej przydatne z trzech rodzajów piramid ekologicznych, ale dane do ich budowy są najtrudniejsze do zdobycia.

Jednym z najbardziej udanych i ilustrujących przykładów klasycznych piramid ekologicznych są piramidy przedstawione na ryc. 8 Nikolaikin N. I. Ekologia: Proc. dla uniwersytetów / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, OP Melekhova. - wyd. 3, stereotyp. - M.: Drop, 2004. Ilustrują warunkową biocenozę zaproponowaną przez amerykańskiego ekologa Y. Oduma. „Biocenoza” składa się z chłopca, który je tylko cielęcinę i cieląt, które jedzą tylko lucernę.

Ryż.

reguła 1% Ekologia. Kurs wykładowy. Opracował: Kandydat Nauk Technicznych, docent Tichonow AI, 2002. Punkty Pasteura, a także prawo piramidy energii R. Lindemanna dały podstawę do sformułowania reguł jednego i dziesięciu procent. Oczywiście 1 i 10 to liczby przybliżone: około 1 i około 10.

"Magiczny numer" 1% wynika ze stosunku możliwości zużycia energii do „mocy” potrzebnych do ustabilizowania środowiska. Dla biosfery udział możliwego zużycia całkowitej produkcji pierwotnej nie przekracza 1% (co wynika również z prawa R. Lindemanna: około 1% produkcji pierwotnej netto w ujęciu energetycznym konsumują kręgowce jako konsumenci wyższych rzędów, około 10 % przez bezkręgowce jako konsumentów niższych rzędów, a pozostała część to bakterie i grzyby saprofagowe). Gdy tylko ludzkość u progu przeszłości i naszych stuleci zaczęła wykorzystywać większą ilość produkcji biosfery (obecnie co najmniej 10%), zasada Le Chatelier-Browna przestała być spełniona (podobno od ok. całkowita energia biosfery): roślinność nie dawała przyrostu biomasy zgodnie ze wzrostem stężenia CO 2 itp. (wzrost ilości węgla związanego przez rośliny zaobserwowano dopiero w ostatnim stuleciu).

Empirycznie całkiem rozpoznany jest próg zużycia 5 - 10% ilości substancji, która przechodząc przez nią prowadzi do zauważalnych zmian w systemach przyrody. Przyjęto ją głównie na poziomie empiryczno-intuicyjnym, bez rozróżniania form i charakteru kontroli w tych systemach. Z grubsza można podzielić powstające przejścia dla systemów naturalnych z kontrolą organizmów i konsorcjów z jednej strony oraz systemów populacyjnych z drugiej. Dla tych pierwszych interesujące nas wielkości to próg wyjścia ze stanu stacjonarnego do 1% przepływu energii ("normy" zużycia) oraz próg samozniszczenia - około 10% tej "normy". Dla systemów populacji przekroczenie średnio 10% wolumenu poboru prowadzi do wyjścia tych systemów ze stanu stacjonarnego.

piramidy ekologiczne.

Łańcuchy troficzne mogą teoretycznie składać się z dużej liczby ogniw, ale praktycznie nie przekraczają 5–6 ogniw, ponieważ w wyniku działania druga zasada termodynamiki energia szybko się rozprasza.

Druga zasada termodynamiki jest również znana jako prawo wzrostu. entropia(gr. entropia obrócić, zmienić). Zgodnie z tym prawem energii nie można stworzyć ani zniszczyć - jest ona przenoszona z jednego układu do drugiego i przechodzi z jednej postaci w drugą.

W łańcuchach troficznych ilość materii roślinnej stanowiącej podstawę łańcucha pokarmowego jest około 10 razy większa niż masa zwierząt roślinożernych, a każdy kolejny poziom pokarmu ma również masę 10 razy mniejszą. Ten wzorzec nazywa się regułą 10%: średnio nie więcej niż 1/10 energii otrzymanej z poprzedniego poziomu jest przenoszona na następny poziom troficzny. Dlatego, jeśli w roślinach zgromadzi się około jednego procenta energii słonecznej, to na przykład na 4. poziomie troficznym jej udział wyniesie tylko 0,001%.

Łańcuchy troficzne są bardzo niestabilne systemy , ponieważ przypadkowa utrata dowolnego ogniwa niszczy cały łańcuch. Trwałość naturalna społeczności zapewnia obecność złożonych rozgałęzionych wielogatunkowych sieci pokarmowe . W takich sieciach, gdy jakiekolwiek łącze zawiedzie, energia zaczyna przemieszczać się ścieżkami objazdowymi. Im więcej gatunków w biogeocenozie, tym bardziej jest ona niezawodna i stabilna.

Do wizualnej reprezentacji wielkości współczynnika transferu energii z poziomu na poziom w łańcuchach pokarmowych ekosystemów stosuje się piramidy ekologiczne kilku typów.

Piramida ekologiczna -jest to graficzne (lub schematyczne) przedstawienie relacji między objętościami materii organicznej lub energii na sąsiednich poziomach w łańcuchu pokarmowym.

Graficzny model piramidy został opracowany w 1927 roku przez amerykańskiego zoologa Charlesa Eltona.

Podstawę piramidy stanowi pierwszy poziom troficzny – poziom producentów, a kolejne „piętra” piramidy tworzą kolejne poziomy – konsumenci różnych rzędów. Wysokość wszystkich bloków jest taka sama, a długość jest proporcjonalna do ilości, biomasy lub energii na odpowiednim poziomie. Istnieją trzy sposoby budowania piramid ekologicznych

Najbardziej rozpowszechnione są następujące rodzaje piramid ekologicznych:

Piramidy liczb Eltona;

Piramidy z biomasy;

Piramidy energetyczne.

zasada Lindemanna. W 1942 roku, opierając się na uogólnieniu obszernego materiału empirycznego, amerykański ekolog Lindeman sformułował zasadę przemiany energii biochemicznej w ekosystemach, która otrzymała nazwę w literaturze ekologicznej prawo 10%.

Zasada Lindemanna - prawo piramidy energii (prawo 10 procent), zgodnie z którym średnio około 10% energii otrzymywanej przez poprzedni poziom piramidy ekologicznej przechodzi z jednego poziomu troficznego przez łańcuchy pokarmowe na inny poziom troficzny. Reszta energii jest tracona w postaci promieniowania cieplnego, ruchu itp. Organizmy w wyniku procesów metabolicznych tracą około 90% całej energii w każdym ogniwie łańcucha pokarmowego, która jest zużywana na utrzymanie ich funkcji życiowych.

Piramidy liczb Eltona prezentowane są w formie średnia liczba osobników niezbędne do odżywiania organizmów na kolejnych poziomach troficznych.

Piramida liczb(liczby) odzwierciedla liczbę pojedynczych organizmów na każdym poziomie (ryc. 35).

Na przykład, aby nakarmić jednego wilka, potrzebujesz przynajmniej kilku zajęcy, na które mógłby polować; aby nakarmić te zające, potrzebujesz dość dużej liczby różnych roślin.

Na przykład, do reprezentowania łańcucha troficznego:

LIŚĆ DĘBU - CATERRIP - TIT

piramida liczb dla jednego sikory (trzeci poziom) przedstawia liczbę gąsienic (drugi poziom), które zjada w określonym czasie, na przykład w ciągu jednego dnia świetlnego. Na pierwszym poziomie piramidy przedstawiono tyle liści dębu, ile potrzeba do wyżywienia liczby gąsienic pokazanych na drugim poziomie piramidy.

Piramidy biomasy i energii wyrazić stosunek ilości biomasy lub energii na każdym poziomie troficznym.

Piramida biomasy opiera się na wyświetlaniu wyników ważenia suchej masy materii organicznej na każdym poziomie, a piramida energetyczna na obliczeniach energii biochemicznej przenoszonej z niższego na wyższy poziom. Te poziomy na wykresie piramidy biomasy (lub energii) są przedstawione jako prostokąty o równej wysokości, których szerokość jest proporcjonalna do ilości biomasy przenoszonej na każdy kolejny (nadchodzący) poziom badanego łańcucha troficznego.

TRAWA (809) - ROŚLINOŻORCY (37) - MIĘSOŻERNICY-1 (11) - MIĘSOŻYCY-2 (1,5),

gdzie w nawiasach podano wartości suchej biomasy (g/m2).

2. Piramida biomasy – stosunek mas organizmów o różnych poziomach troficznych. Zwykle w biocenozach lądowych łączna masa producentów jest większa niż każde kolejne ogniwo. Z kolei łączna masa konsumentów pierwszego rzędu jest większa niż konsumentów drugiego rzędu i tak dalej. Jeśli organizmy nie różnią się zbytnio wielkością, wykres zwykle przedstawia piramidę schodkową ze zwężającym się wierzchołkiem. Tak więc do uformowania 1 kg wołowiny potrzeba 70-90 kg świeżej trawy.

W ekosystemach wodnych możliwe jest również uzyskanie odwróconej lub odwróconej piramidy biomasy, gdy biomasa producentów jest mniejsza niż konsumentów, a czasami rozkładających. Na przykład w oceanie, przy dość wysokiej produktywności fitoplanktonu, jego całkowita masa w tej chwili może być mniejsza niż masa konsumentów (wieloryby, duże ryby, mięczaki)

Piramidy liczb i odzwierciedlają biomasę statyczny systemy, tj. charakteryzują liczbę lub biomasę organizmów w określonym przedziale czasu. Nie dostarczają one pełnych informacji o strukturze troficznej ekosystemu, chociaż pozwalają rozwiązać szereg praktycznych problemów, zwłaszcza tych związanych z utrzymaniem stabilności ekosystemów.

Piramida liczb umożliwia np. obliczenie dopuszczalnej wartości połowu ryb lub odstrzału zwierząt w okresie polowań bez konsekwencji dla ich normalnego rozmnażania.

3. Piramida energii odzwierciedla ilość przepływu energii, szybkość przejścia masy żywności przez łańcuch pokarmowy. Na strukturę biocenozy duży wpływ ma nie ilość energii stałej, ale tempo produkcji żywności (Rys. 37).

Ustalono, że maksymalna ilość energii przenoszona na następny poziom troficzny może w niektórych przypadkach wynosić 30% poprzedniego, i to w najlepszym przypadku. W wielu biocenozach, łańcuchach pokarmowych, wartość przekazywanej energii może wynosić zaledwie 1%.

Ryż. 37. Piramida energetyczna: przepływ energii przez łańcuch pokarmowy na pastwisku (wszystkie liczby podano w kJ na metr kwadratowy x rok)

Zauważmy, że piramidy ekologiczne są czytelną ilustracją zasady Lindemanna i przy ich pomocy odzwierciedlają istotną cechę procesów energetycznych w ekosystemach, a mianowicie: dzięki stosunkowo niewielkiej części energii (średnio około jednej dziesiątej) przekazywanej na wyższy poziom , w ekosystemie pozostaje bardzo mało energii, a reszta wraca do geosfery. Tak więc, przy 4-poziomowym łańcuchu troficznym, w ekosystemie pozostaje tylko jedna dziesięciotysięczna energii biochemicznej. Znikoma część energii pozostająca w ekosystemie wyjaśnia, dlaczego łańcuchy pokarmowe w prawdziwych ekosystemach naturalnych mają nie więcej niż 5–6 poziomów.

Piramida ekologiczna jest graficzną reprezentacją relacji między producentami a konsumentami na wszystkich poziomach (roślinożercy, drapieżniki; gatunki żywiące się innymi drapieżnikami) w ekosystemie.

Amerykański zoolog Charles Elton zaproponował w 1927 roku schematyczne zobrazowanie tych zależności.

W schematycznym przedstawieniu każdy poziom jest pokazany jako prostokąt, którego długość lub powierzchnia odpowiada wartościom liczbowym ogniwa łańcucha pokarmowego (piramida Eltona), ich masie lub energii. Prostokąty ułożone w określonej kolejności tworzą piramidy o różnych kształtach.

Podstawę piramidy stanowi pierwszy poziom troficzny – poziom producentów, kolejne piętra piramidy tworzą kolejne poziomy łańcucha pokarmowego – konsumenci różnych rzędów. Wysokość wszystkich bloków w piramidzie jest taka sama, a długość jest proporcjonalna do liczby, biomasy lub energii na odpowiednim poziomie.

Piramidy ekologiczne wyróżnia się w zależności od wskaźników, na podstawie których budowana jest piramida. Jednocześnie dla wszystkich piramid ustalono podstawową zasadę, zgodnie z którą w każdym ekosystemie jest więcej roślin niż zwierząt, roślinożerców niż mięsożerców, owadów niż ptaków.

Na podstawie zasady piramidy ekologicznej można określić lub obliczyć stosunki ilościowe różnych gatunków roślin i zwierząt w naturalnych i sztucznie utworzonych systemach ekologicznych. Na przykład na 1 kg masy zwierzęcia morskiego (foki, delfina) potrzeba 10 kg zjedzonej ryby, a te 10 kg już potrzebuje 100 kg swojego pożywienia – bezkręgowców wodnych, które z kolei muszą zjeść 1000 kg algi i bakterie tworzące taką masę. W takim przypadku piramida ekologiczna będzie stabilna.

Jak jednak wiadomo, od każdej reguły są wyjątki, które zostaną uwzględnione w każdym typie piramid ekologicznych.

Rodzaje piramid ekologicznych

Piramidy liczb - na każdym poziomie odłożona jest liczba poszczególnych organizmów

Piramida liczb odzwierciedla wyraźny wzór odkryty przez Eltona: liczba osób tworzących sekwencję powiązań od producentów do konsumentów stale maleje (ryc. 3).

Na przykład, aby nakarmić jednego wilka, potrzebujesz przynajmniej kilku zajęcy, na które mógłby polować; aby nakarmić te zające, potrzebujesz dość dużej liczby różnych roślin. W tym przypadku piramida będzie wyglądać jak trójkąt z szeroką podstawą zwężającą się ku górze.

Jednak ta forma piramidy liczb nie jest typowa dla wszystkich ekosystemów. Czasami można je odwrócić lub odwrócić. Dotyczy to leśnych łańcuchów pokarmowych, w których drzewa służą jako producenci, a owady jako główni konsumenci. W tym przypadku poziom konsumentów pierwotnych jest liczbowo bogatszy niż poziom producentów (duża liczba owadów żeruje na jednym drzewie), więc piramidy liczb są najmniej informatywne i najmniej orientacyjne, tj. liczba organizmów tego samego poziomu troficznego w dużej mierze zależy od ich wielkości.

Piramidy biomasy – charakteryzują całkowitą suchą lub wilgotną masę organizmów na danym poziomie troficznym, np. w jednostkach masy na jednostkę powierzchni – g/m2, kg/ha, t/km2 lub na objętość – g/m3 (ryc. 4)

Zwykle w biocenozach lądowych łączna masa producentów jest większa niż każde kolejne ogniwo. Z kolei łączna masa konsumentów pierwszego rzędu jest większa niż konsumentów drugiego rzędu i tak dalej.

W tym przypadku (jeśli organizmy nie różnią się zbytnio wielkością) piramida również będzie wyglądać jak trójkąt z szeroką podstawą zwężającą się ku górze. Istnieją jednak istotne wyjątki od tej reguły. Na przykład w morzach biomasa roślinożernego zooplanktonu jest znacznie (czasami 2-3 razy) większa niż biomasa fitoplanktonu, który reprezentowany jest głównie przez glony jednokomórkowe. Wyjaśnia to fakt, że glony są bardzo szybko zjadane przez zooplankton, ale bardzo wysokie tempo podziału ich komórek chroni je przed całkowitym zjedzeniem.

Generalnie biogeocenozy lądowe, w których producenci są wielcy i żyją stosunkowo długo, charakteryzują się stosunkowo stabilnymi piramidami o szerokiej podstawie. W ekosystemach wodnych, gdzie producenci są mali i mają krótkie cykle życia, piramida biomasy może być odwrócona lub odwrócona (skierowana w dół). Tak więc w jeziorach i morzach masa roślin przewyższa masę konsumentów tylko w okresie kwitnienia (wiosna), aw pozostałej części roku sytuacja może się odwrócić.

Piramidy liczb i biomasy odzwierciedlają statykę systemu, czyli charakteryzują liczbę lub biomasę organizmów w określonym przedziale czasu. Nie dostarczają one pełnych informacji o strukturze troficznej ekosystemu, chociaż pozwalają rozwiązać szereg praktycznych problemów, zwłaszcza tych związanych z utrzymaniem stabilności ekosystemów.

Piramida liczb umożliwia np. obliczenie dopuszczalnej wartości połowu ryb lub odstrzału zwierząt w okresie polowań bez konsekwencji dla ich normalnego rozmnażania.

Piramidy energii – przedstawiają wielkość przepływu energii lub produktywności na kolejnych poziomach (rys. 5).

W przeciwieństwie do piramid liczb i biomasy, które odzwierciedlają statykę układu (liczbę organizmów w danym momencie), piramida energii, odzwierciedlająca obraz prędkości przemieszczania się masy pokarmu (ilość energii ) na każdym poziomie troficznym łańcucha pokarmowego daje najpełniejszy obraz funkcjonalnej organizacji społeczności.

Na kształt tej piramidy nie mają wpływu zmiany wielkości i intensywności metabolizmu osobników, a jeśli weźmie się pod uwagę wszystkie źródła energii, to piramida zawsze będzie miała typowy wygląd z szeroką podstawą i zwężającym się wierzchołkiem. Podczas budowania piramidy energetycznej często do jej podstawy dodawany jest prostokąt, przedstawiający napływ energii słonecznej.

W 1942 r. amerykański ekolog R. Lindeman sformułował prawo piramidy energii (prawo 10 procent), zgodnie z którym średnio około 10% energii otrzymywanej przez poprzedni poziom piramidy ekologicznej przechodzi z jednego poziom troficzny poprzez łańcuchy pokarmowe na inny poziom troficzny. Reszta energii jest tracona w postaci promieniowania cieplnego, ruchu itp. Organizmy w wyniku procesów metabolicznych tracą około 90% całej energii zużywanej na utrzymanie ich żywotnej aktywności w każdym ogniwie łańcucha pokarmowego.

Gdyby zając zjadł 10 kg materii roślinnej, wówczas jego własna waga mogłaby wzrosnąć o 1 kg. Lis czy wilk, jedząc 1 kg zająca, zwiększa swoją masę zaledwie o 100 g. W roślinach drzewiastych odsetek ten jest znacznie niższy ze względu na słabą przyswajalność drewna przez organizmy. W przypadku traw i alg wartość ta jest znacznie wyższa, ponieważ nie mają one trudnostrawnych tkanek. Jednak ogólna prawidłowość procesu transferu energii pozostaje: znacznie mniej energii przechodzi przez wyższe poziomy troficzne niż przez niższe.

Rozważ przemianę energii w ekosystemie na przykładzie prostego łańcucha troficznego pastwiska, w którym występują tylko trzy poziomy troficzne.

poziom - rośliny zielne,

poziom - ssaki roślinożerne, na przykład zające

poziom - ssaki drapieżne, na przykład lisy

Składniki pokarmowe powstają w procesie fotosyntezy przez rośliny, które z substancji nieorganicznych (woda, dwutlenek węgla, sole mineralne itp.) wykorzystując energię światła słonecznego tworzą substancje organiczne i tlen oraz ATP. Część energii elektromagnetycznej promieniowania słonecznego jest następnie przekształcana w energię wiązań chemicznych syntetyzowanych substancji organicznych.

Cała materia organiczna powstająca podczas fotosyntezy nazywana jest produkcją pierwotną brutto (GPP). Część energii produkcji pierwotnej brutto jest zużywana na oddychanie, w wyniku czego powstaje produkcja pierwotna netto (NPP), czyli ta sama substancja, która wchodzi w drugi poziom troficzny i jest wykorzystywana przez zające.

Niech pas startowy ma 200 konwencjonalnych jednostek energii, a koszty roślin do oddychania (R) wynoszą 50%, tj. 100 konwencjonalnych jednostek energii. Wtedy produkcja pierwotna netto będzie równa: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), tj. na drugim poziomie troficznym zające otrzymają 100 konwencjonalnych jednostek energii.

Jednak z różnych powodów zające są w stanie pochłonąć tylko pewną część EJ (w przeciwnym razie zniknęłyby zasoby dla rozwoju żywej materii), ale znaczną jej część w postaci martwych resztek organicznych (podziemne części roślin , twarde drewno pni, gałęzi itp.) nie jest zjadane przez zające. Wchodzi do detrytusowych łańcuchów pokarmowych i (lub) jest rozkładany przez rozkładających (F). Druga część idzie na budowę nowych komórek (wielkość populacji, wzrost zajęcy - P) oraz zapewnienie metabolizmu energetycznego lub oddychania (R).

W tym przypadku, zgodnie z podejściem bilansowym, równanie bilansowe zużycia energii (C) będzie wyglądało następująco: C = P + R + F, tj. Energia otrzymana na drugim poziomie troficznym zostanie wydana zgodnie z prawem Lindemanna na wzrost populacji - P - 10%, pozostałe 90% zostanie wydane na oddychanie i usuwanie niestrawionego pokarmu.

Tak więc w ekosystemach ze wzrostem poziomu troficznego następuje gwałtowny spadek energii zgromadzonej w ciałach organizmów żywych. Z tego jasno wynika, dlaczego każdy kolejny poziom będzie zawsze mniejszy od poprzedniego i dlaczego łańcuchy pokarmowe zwykle nie mogą mieć więcej niż 3-5 (rzadko 6) ogniw, a piramidy ekologiczne nie mogą składać się z dużej liczby pięter: do końca ogniwo łańcucha pokarmowego w taki sam sposób, jak na najwyższe piętro piramidy ekologicznej otrzyma tak mało energii, że nie wystarczy jej w przypadku wzrostu liczby organizmów.

Taka kolejność i podporządkowanie grup organizmów połączonych w postaci poziomów troficznych jest przepływem materii i energii w biogeocenozie, podstawą jej organizacji funkcjonalnej.

Każdy ekosystem składa się z kilku poziomy troficzne (pokarmowe)., tworząc pewną strukturę. struktura troficzna zwykle przedstawiany jako piramidy ekologiczne.

W 1927 roku amerykański ekolog i zoolog Charles Elton zaproponował model graficzny piramida ekologiczna. Podstawą piramidy jest pierwszy poziom troficzny, składający się z producentów. Powyżej znajdują się poziomy konsumentów różnych zamówień. Innymi słowy, patrząc na piramidę ekologiczną, rozumiemy, jak wszyscy jej członkowie są powiązani w danym ekosystemie według kilku czynników.

Wyświetlane są poziomy piramida ekologiczna w postaci kilku prostokątnych lub trapezowych poziomów, których wielkość jest skorelowana albo z liczbą uczestników na każdym poziomie łańcucha pokarmowego, albo z ich masą, albo z energią.

Trzy rodzaje piramid ekologicznych

1. Piramida liczb (lub liczby) mówi nam o liczbie żywych organizmów na każdym poziomie. Na przykład, aby nakarmić jedną sowę, potrzeba 12 myszy, a one z kolei potrzebują 300 kłosów żyta. Często tak się dzieje piramida liczb jest odwrócona (taka piramida jest inaczej nazywana odwróconą). Może opisywać, powiedzmy, leśny łańcuch pokarmowy, w którym drzewa są producentami, a owady głównymi konsumentami. Jedno drzewo jest pokarmem dla niezliczonych owadów.

2. Piramida biomasy opisuje stosunek mas organizmów kilku poziomy troficzne. Z reguły w biocenozach na lądzie masa producentów jest znacznie większa niż w każdym kolejnym ogniwie łańcucha pokarmowego, a masa konsumentów pierwszego poziomu przewyższa masę konsumentów drugiego poziomu itp.

Ekosystemy wodne można również scharakteryzować jako odwrócone piramidy biomasy, w których masa konsumentów jest większa niż masa producentów. Oceaniczny zooplankton żywiący się fitoplanktonem znacznie przewyższa go pod względem masy całkowitej. Wydawać by się mogło, że przy takim tempie wchłaniania fitoplankton musiałby zniknąć, jednak ratuje go wysokie tempo wzrostu.

3. piramida energetyczna eksploruje ilość energii przepływającej przez łańcuch pokarmowy od poziomu podstawowego do najwyższego. Struktura biocenozy jest silnie uzależniona od tempa produkcji żywności na wszystkich poziomach troficznych. Amerykański naukowiec Raymond Lindeman odkrył, że do 90% otrzymanej przez niego energii jest tracone na każdym poziomie (tzw. „Prawo 10%”).

Po co nam piramidy ekologiczne?

Piramidy liczb i biomasy opisują ekosystem w jego statyce, ponieważ obliczają liczbę lub masę uczestników ekosystemu w określonym czasie. Nie mają one na celu dostarczania informacji o dynamice struktury troficznej ekosystemu, pozwalają jednak na rozwiązywanie problemów związanych z utrzymaniem stabilności ekosystemu i przewidywaniem ewentualnych zagrożeń.

Klasycznym przykładem naruszenia stabilności jest import królików na kontynent australijski. Ze względu na wysokie tempo reprodukcji ich liczebność stała się tak duża, że ​​zaszkodziły rolnictwu, pozbawiając pożywienia owce i bydło – a więc tylko jeden gatunek konsumenci (króliki) zmonopolizowali producenta (trawę) w tym ekosystemie.

piramida energetyczna, w przeciwieństwie do powyższych piramid, jest dynamiczna, przekazuje tempo przejścia ilości energii przez wszystkie poziomy troficzne. Jego zadaniem jest dać wyobrażenie o organizacji funkcjonalnej ekosystemy.