Príroda je úžasná a rozmanitá a všetko v nej je prepojené a vyvážené. Počet jedincov akéhokoľvek druhu zvierat, hmyzu, rýb je neustále regulovaný.

Nemožno si predstaviť, že počet nejakých druhov jedincov neustále narastá. Aby sa to nestalo, existuje prirodzený výber a mnoho ďalších environmentálnych faktorov, ktoré toto číslo neustále regulujú. Každý z vás už určite počul výraz ako ekologická pyramída. Čo to je? Aké druhy ekologických pyramíd existujú? Na akých pravidlách je založená? Odpovede na tieto a ďalšie otázky dostanete nižšie.

Ekologická pyramída je... Definícia

Takže každý vie, že v biológii existujú potravinové reťazce, keď sa niektoré zvieratá, zvyčajne predátori, živia inými zvieratami.

Ekologická pyramída je približne rovnaký systém, ale na druhej strane je oveľa globálnejší. Čo predstavuje? Ekologická pyramída je druh systému, ktorý vo svojom zložení odráža počet tvorov, hmotnosť jednotlivcov a energiu, ktorá je im vlastná na každej úrovni. Zvláštnosťou je, že s nárastom každej úrovne sa ukazovatele výrazne znižujú. Mimochodom, práve s tým súvisí pravidlo ekologickej pyramídy. Predtým, ako o tom budeme hovoriť, stojí za to pochopiť, ako táto schéma vyzerá.

pravidlo pyramídy

Ak si to predstavíte schematicky na obrázku, tak to bude niečo podobné ako Cheopsova pyramída: štvoruholníková pyramída so špicatým vrcholom, kde je sústredený najmenší počet jedincov.

Pravidlo ekologickej pyramídy definuje jeden veľmi zaujímavý vzor. Spočíva v tom, že základňa ekologickej pyramídy, teda vegetácia, ktorá tvorí základ výživy, je asi desaťkrát väčšia ako masa živočíchov, ktoré jedia rastlinnú potravu.

Každá ďalšia úroveň je navyše desaťkrát menšia ako predchádzajúca. Ukazuje sa teda, že extrémna horná úroveň obsahuje najmenšiu hmotnosť a energiu. Čo nám dáva túto pravidelnosť?

Úloha pyramídového pravidla

Na základe pravidla ekologickej pyramídy sa dajú vyriešiť mnohé problémy. Napríklad, koľko orlov môže vyrásť, keď je určité množstvo obilia, keď sú do potravinového reťazca zapojené žaby, hady, kobylky a orol.

Na základe skutočnosti, že iba 10% energie sa prenáša na najvyššiu úroveň, takéto problémy sa dajú ľahko vyriešiť. Dozvedeli sme sa, čo sú ekologické pyramídy, odhalili ich pravidlá a zákonitosti. Ale teraz si povieme, aké ekologické pyramídy existujú v prírode.

Typy ekologických pyramíd

Existujú tri typy pyramíd. Už na základe prvotnej definície možno usúdiť, že súvisia s počtom jedincov, ich biomasou a energiou v nich obsiahnutou. Vo všeobecnosti o všetkom v poriadku.

Pyramída čísel

Názov hovorí sám za seba. Táto pyramída odráža počet jednotlivcov nachádzajúcich sa na všetkých úrovniach oddelene. Je však potrebné poznamenať, že v ekológii sa používa pomerne zriedkavo, pretože existuje veľmi veľký počet jedincov na rovnakej úrovni a je dosť ťažké poskytnúť úplnú štruktúru biocenózy.

Toto všetko si možno oveľa ľahšie predstaviť na jednom konkrétnom príklade. Povedzme, že na základni pyramídy je 1000 ton zelených rastlín. Túto vegetáciu požierajú kobylky. Ich počet sa napríklad pohybuje niekde okolo tridsiatich miliónov. Deväťdesiattisíc žiab dokáže zožrať všetky tieto kobylky. Samotné žaby sú potravou pre 300 pstruhov. Toto je množstvo rýb, ktoré môže jeden človek zjesť za rok. čo získame? A ukázalo sa, že na základni pyramídy sú milióny stebiel trávy a na vrchole pyramídy je len jedna osoba.

Práve tu môžeme pozorovať, ako pri prechode z jednej úrovne do každej ďalšej úrovne ukazovatele klesajú. Znižuje sa hmotnosť, počet jedincov, znižuje sa energia v nich obsiahnutá. Nehovoriac o tom, že existujú výnimky. Napríklad niekedy existujú obrátené ekopyramídy čísel. Predpokladajme, že hmyz žije na určitom strome v lese. Živia sa nimi všetky hmyzožravé vtáky.

biomasová pyramída

Druhou schémou je pyramída z biomasy. Je to tiež pomer. Ale v tomto prípade ide o pomer hmotností. Hmotnosť základne pyramídy je spravidla vždy oveľa väčšia ako na najvyššej trofickej úrovni a hmotnosť druhej úrovne je vyššia ako hmotnosť tretej úrovne atď. Ak sa organizmy na rôznych trofických úrovniach veľmi nelíšia vo veľkosti, potom to na obrázku vyzerá ako štvoruholníková pyramída zužujúca sa nahor. Jeden z amerických vedcov vysvetlil štruktúru tejto pyramídy na nasledujúcom príklade: hmotnosť vegetácie na lúke je oveľa väčšia ako hmotnosť jedincov konzumujúcich tieto rastliny, hmotnosť bylinožravcov je vyššia ako hmotnosť mäsožravcov prvej úrovne , hmotnosť týchto zvierat je vyššia ako hmotnosť mäsožravcov druhej úrovne atď.

Napríklad jeden lev váži pomerne veľa, ale tento jedinec je taký vzácny, že v porovnaní s hmotnosťou iných jedincov je jeho vlastná hmotnosť zanedbateľná. Výnimky sa nachádzajú aj v takýchto pyramídach, keď je masa výrobcov menšia ako masa spotrebiteľov. Vezmime si ako príklad vodný systém. Hmotnosť fytoplanktónu, aj keď vezmeme do úvahy vysokú produktivitu, je menšia ako hmotnosť spotrebiteľov, ako sú veľryby. Takéto pyramídy sa nazývajú obrátené alebo obrátené.

energetická pyramída

A napokon tretím typom ekologickej pyramídy je energetická. Odráža rýchlosť, akou masa potravín prechádza reťazcom, ako aj množstvo tejto energie. Tento zákon sformuloval R. Lindemann. Bol to on, kto dokázal, že so zmenou trofickej úrovne prechádza iba 10% energie, ktorá bola na predchádzajúcej úrovni.

Počiatočné percento energie je vždy 100 %. Ale ak len desatina z toho ide na ďalšiu trofickú úroveň, tak kam ide väčšina energie? Jeho hlavnú časť, konkrétne 90 %, vynakladajú jednotlivci na zabezpečenie všetkých životných procesov. Takže aj tu je vzor. Cez horné trofické úrovne, kde je menšia hmotnosť a počet jedincov, tiež preteká oveľa menej energie, ako prechádza cez nižšie úrovne. To môže vysvetliť skutočnosť, že nie je toľko predátorov.

Nevýhody a výhody ekologických pyramíd

Napriek množstvu rôznych typov má takmer každý z nich množstvo nevýhod. Sú to napríklad pyramídy čísel a biomasy. Aká je ich nevýhoda? Faktom je, že konštrukcia prvého spôsobuje určité ťažkosti, ak je rozptyl v počte rôznych úrovní príliš veľký. Ale problém nespočíva len v tomto.

Energetická pyramída dokáže porovnávať produktivitu, keďže zohľadňuje najdôležitejší časový faktor. A, samozrejme, stojí za to povedať, že takáto pyramída nie je nikdy obrátená. Z tohto dôvodu je akýmsi štandardom.

Úloha ekologickej pyramídy

Ekologická pyramída je to, čo nám pomáha pochopiť štruktúru biocenózy, opísať stav systému. Tieto schémy tiež pomáhajú pri určovaní povoleného množstva úlovkov rýb, počtu zastrelených zvierat.

To všetko je potrebné, aby nedošlo k narušeniu celkovej integrity a udržateľnosti životného prostredia. Pyramída nám zase pomáha pochopiť organizáciu funkčných spoločenstiev, ako aj porovnať rôzne ekosystémy z hľadiska ich produktivity.

Ekologická pyramída ako pomer vlastností

Na základe vyššie uvedených typov môžeme konštatovať, že ekologická pyramída je akýmsi pomerom ukazovateľov súvisiacich s hojnosťou, hmotnosťou a energiou. Úrovne ekologickej pyramídy sú rozdielne vo všetkých ohľadoch. Vyššie skóre má nižšie úrovne a naopak. Nezabudnite na obrátené schémy. Tu spotrebitelia prevažujú nad výrobcami. Ale v tomto nie je nič prekvapujúce. Príroda má svoje zákony, výnimky môžu byť kdekoľvek.

Energetická pyramída je najjednoduchšia a najspoľahlivejšia, keďže zohľadňuje najdôležitejší časový faktor. Práve vďaka tomu sa považuje za istý štandard. Úloha ekologických pyramíd je veľmi dôležitá pre udržanie rovnováhy prírodných ekosystémov a zabezpečenie ich udržateľnosti.

Lindemannovo pravidlo (10%)

Prietok energie, prechádzajúci cez trofické úrovne biocenózy, sa postupne vytráca. V roku 1942 R. Lindemann sformuloval zákon pyramídy energií, alebo zákon (pravidlo) 10 %, podľa ktorého sa z jednej trofickej úrovne ekologickej pyramídy presúva na ďalšiu, vyššiu úroveň (po „rebríku“: výrobca – spotrebiteľ – rozkladač) v priemere asi 10 % prijatej energie na predchádzajúcej úrovni ekologickej pyramídy. Spätný tok spojený so spotrebou látok a energie produkovanej hornou úrovňou ekologickej pyramídy jej nižšími úrovňami, napríklad od zvierat k rastlinám, je oveľa slabší - nie viac ako 0,5% (dokonca 0,25%). jej celkového toku, a preto môžeme povedať o kolobehu energie v biocenóze nie je potrebný.

Ak pri prechode na vyššiu úroveň ekologickej pyramídy dôjde k desaťnásobnej strate energie, potom približne v rovnakom pomere narastá akumulácia množstva látok vrátane toxických a rádioaktívnych. Táto skutočnosť je pevne stanovená v pravidle biologickej amplifikácie. Platí to pre všetky cenózy. Vo vodných biocenózach akumulácia mnohých toxických látok, vrátane organochlórových pesticídov, koreluje s hmotnosťou tukov (lipidov), t.j. má jednoznačne energetické pozadie.

Ekologické pyramídy

Na vizualizáciu vzťahu medzi organizmami rôznych druhov v biocenóze je zvykom používať ekologické pyramídy, pričom sa rozlišujú pyramídy hojnosti, biomasy a energie.

Spomedzi ekologických pyramíd sú najznámejšie a najčastejšie používané:

§ Pyramída čísel

§ Pyramída z biomasy

Pyramída čísel. Na vybudovanie pyramídy hojnosti sa počíta počet organizmov na určitom území a zoskupuje ich podľa trofických úrovní:

§ producenti - zelené rastliny;

§ primárni konzumenti – bylinožravce;

§ druhotní konzumenti – mäsožravce;

§ terciárni konzumenti – mäsožravce;

§ ha-e konzumenti („ultimátni predátori“) – mäsožravce;

§ rozkladače – deštruktory.

Každá úroveň je zvyčajne znázornená ako obdĺžnik, ktorého dĺžka alebo plocha zodpovedá číselnej hodnote počtu jednotlivcov. Umiestnením týchto obdĺžnikov do podriadenej postupnosti získajú ekologickú pyramídu hojnosti (obr. 3), ktorej základný princíp ako prvý sformuloval americký ekológ Ch. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Proc. pre univerzity / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3. vyd., stereotyp. - M .: Drop, 2004 ..

Ryža. 3. Ekologická pyramída početnosti pre lúku porastenú obilninami: počty - počet jedincov Obr.

Údaje pre populačné pyramídy sa dajú ľahko získať priamym odberom vzoriek, existujú však určité ťažkosti:

§ Producenti sa veľmi líšia veľkosťou, hoci jedna obilnina alebo riasa majú rovnaké postavenie ako jeden strom. To niekedy porušuje správny pyramídový tvar, niekedy dokonca dáva obrátené pyramídy (obr. 4) Tamže;

Ryža.

§ Rozsah abundancie rôznych druhov je taký široký, že je ťažké zachovať mierku v grafickom znázornení, ale v takýchto prípadoch možno použiť logaritmickú mierku.

Pyramída z biomasy. Ekologická pyramída biomasy je postavená podobne ako pyramída hojnosti. Jeho hlavným významom je zobrazenie množstva živej hmoty (biomasy – celkovej hmotnosti organizmov) na každej trofickej úrovni. Vyhnete sa tak nepríjemnostiam typickým pre populačné pyramídy. V tomto prípade je veľkosť obdĺžnikov úmerná hmotnosti živej hmoty zodpovedajúcej úrovne na jednotku plochy alebo objemu (obr. 5, a, b) Nikolaykin N. I. Ekológia: Proc. pre univerzity / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2004 .. Pojem "pyramída biomasy" vznikol z toho dôvodu, že v drvivej väčšine prípadov je masa primárnych spotrebiteľov žijúcich na úkor producentov oveľa menšia ako masa týchto producentov. množstvo sekundárnych spotrebiteľov je oveľa menšie ako množstvo primárnych spotrebiteľov. Je zvykom ukazovať biomasu deštruktorov oddelene.

Ryža. 5. Pyramídy biomasy biocenóz koralového útesu (a) a Lamanšského prielivu (b): čísla - biomasa v gramoch sušiny na 1 m 2 Obr.

Odber vzoriek určuje stálu biomasu alebo stály výnos (tj v danom časovom bode), ktorý neobsahuje žiadnu informáciu o miere produkcie alebo spotreby biomasy.

Rýchlosť tvorby organickej hmoty nerozhoduje o jej celkových zásobách, t.j. celková biomasa všetkých organizmov na každej trofickej úrovni. Preto sa pri ďalšej analýze môžu vyskytnúť chyby, ak sa nezohľadnia nasledovné:

* Po prvé, ak je miera spotreby biomasy (strata jedením) a miera jej tvorby rovnaká, porast neudáva produktivitu, t.j. o množstve energie a hmoty prechádzajúcej z jednej trofickej úrovne na druhú, vyššiu, za určité časové obdobie (napríklad za rok). Takže na úrodných, intenzívne využívaných pastvinách môže byť výnos tráv na viniči nižší a produktivita je vyššia ako na menej úrodných, ale málo využívaných pastvinách;

* po druhé, malí producenti, ako sú riasy, sa vyznačujú vysokým tempom rastu a rozmnožovania, vyváženým ich intenzívnou konzumáciou inými organizmami a prirodzenou smrťou. Preto ich produktivita nemôže byť nižšia ako produktivita veľkých producentov (napríklad stromov), hoci biomasa na viniči môže byť malá. Inými slovami, fytoplanktón s rovnakou produktivitou ako strom bude mať oveľa nižšiu biomasu, hoci by mohol podporovať život živočíchov rovnakej hmotnosti.

Jedným z dôsledkov toho, čo bolo opísané, sú „obrátené pyramídy“ (obr. 3, b). Zooplanktón biocenóz jazier a morí má najčastejšie väčšiu biomasu ako jeho potrava – fytoplanktón, avšak rýchlosť rozmnožovania zelených rias je taká vysoká, že počas dňa obnovujú všetku biomasu, ktorú zooplanktón pohltí. Napriek tomu sa v určitých obdobiach roka (počas jarného kvitnutia) pozoruje obvyklý pomer ich biomasy (obr. 6) Nikolaikin NI Ecology: Proc. pre univerzity / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3. vyd., stereotyp. - M .: Drop, 2004 ..

Ryža. 6. Sezónne zmeny v pyramídach jazernej biomasy (na príklade jedného z talianskych jazier): čísla - biomasa v gramoch sušiny na 1 m 3 Obr.

Zdanlivé anomálie sú zbavené pyramíd energií, ktoré sú uvedené nižšie.

Energetická pyramída. Najzásadnejším spôsobom, ako reflektovať vzťahy medzi organizmami rôznych trofických úrovní a funkčnú organizáciu biocenóz, je energetická pyramída, v ktorej je veľkosť obdĺžnikov úmerná energetickému ekvivalentu za jednotku času, t.j. množstvo energie (na jednotku plochy alebo objemu), ktoré prešlo určitou trofickou úrovňou počas akceptovaného obdobia (obr. 7) Tamže. K základni pyramídy energie možno rozumne pridať ešte jeden obdĺžnik, ktorý odráža tok slnečnej energie.

Pyramída energií odráža dynamiku prechodu masy potravy potravinovým (trofickým) reťazcom, čím sa zásadne odlišuje od pyramíd hojnosti a biomasy, ktoré odrážajú statiku systému (počet organizmov pri danom moment). Tvar tejto pyramídy nie je ovplyvnený zmenami veľkosti a intenzity metabolizmu jedincov. Ak sa vezmú do úvahy všetky zdroje energie, potom bude mať pyramída vždy typický tvar (vo forme pyramídy s vrcholom nahor), podľa druhého zákona termodynamiky.

Ryža. 7. Energetická pyramída: čísla - množstvo energie, kJ * m -2 * r -1

Energetické pyramídy umožňujú nielen porovnávať rôzne biocenózy, ale aj identifikovať relatívnu dôležitosť populácií v rámci tej istej komunity. Sú najužitočnejšie z troch typov ekologických pyramíd, ale údaje na ich stavbu je najťažšie získať.

Jedným z najúspešnejších a najnázornejších príkladov klasických ekologických pyramíd sú pyramídy znázornené na obr. 8 Nikolaikin N. I. Ekológia: Proc. pre univerzity / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2004 .. Ilustrujú podmienenú biocenózu navrhnutú americkým ekológom Y. Odumom. „Biocenóza“ sa skladá z chlapca, ktorý žerie len teľacie mäso a teliat, ktoré jedia len lucernu.

Ryža.

pravidlo 1% Ekológia. Prednáškový kurz. Zostavil: kandidát technických vied, docent Tichonov AI, 2002. Pasteurove body, ako aj zákon pyramídy energií od R. Lindemanna dali podnet k formulácii pravidiel jedného a desiatich percent. Samozrejme, 1 a 10 sú približné čísla: asi 1 a asi 10.

"Magické číslo" 1 % vyplýva z pomeru možností spotreby energie a „kapacít“ potrebných na stabilizáciu prostredia. Pre biosféru podiel možnej spotreby z celkovej primárnej produkcie nepresahuje 1 % (čo vyplýva aj zo zákona R. Lindemanna: cca 1 % čistej primárnej produkcie v energetickom vyjadrení spotrebujú stavovce ako spotrebitelia vyšších rádov, cca 10 % bezstavovcov ako konzumentov nižších radov a zvyšok tvoria baktérie a saprofágne huby). Len čo ľudstvo na pokraji minulosti a našich storočí začalo vo väčšej miere využívať produkciu biosféry (teraz aspoň 10 %), Le Chatelier-Brownov princíp prestal byť uspokojený (zrejme asi z 0,5 % celková energia biosféry): vegetácia nedala rast biomasy v súlade s nárastom koncentrácie CO 2 atď. (nárast množstva uhlíka viazaného rastlinami bol pozorovaný až v minulom storočí).

Empiricky je celkom uznávaný prah spotreby 5 - 10% množstva látky, ktorá pri prechode cez ňu vedie k znateľným zmenám v systémoch prírody. Bola prijatá najmä na empiricko-intuitívnej úrovni, bez rozlišovania medzi formami a povahou kontroly v týchto systémoch. Približne je možné rozdeliť vznikajúce prechody pre prírodné systémy s organizmickým a konzorciálnym typom riadenia na jednej strane a populačné systémy na strane druhej. V prvom prípade sú pre nás zaujímavé množstvá prah pre opustenie stacionárneho stavu do 1% toku energie ("norma" spotreby) a prah sebadeštrukcie - asi 10% tejto "normy". Pre populačné systémy prekročenie v priemere 10 % objemu ťažby vedie k odchodu týchto systémov zo stacionárneho stavu.

ekologické pyramídy.

Trofické reťazce môžu teoreticky pozostávať z veľkého počtu článkov, ale prakticky nepresahujú 5–6 článkov, pretože v dôsledku pôsobenia druhý termodynamický zákon energia sa rýchlo rozplynie.

Druhý zákon termodynamiky je známy aj ako zákon nárastu. entropia(gr. entropia otočiť, zmeniť). Podľa tohto zákona sa energia nemôže vytvárať ani ničiť - prenáša sa z jedného systému do druhého a mení sa z jednej formy do druhej.

V trofických reťazcoch je množstvo rastlinnej hmoty, ktorá slúži ako základ potravinového reťazca, približne 10-krát väčšie ako hmotnosť bylinožravých zvierat a každá ďalšia potravinová úroveň má tiež hmotnosť 10-krát menšiu. Tento vzor sa nazýva pravidlo 10%: v priemere nie viac ako 1/10 energie prijatej z predchádzajúcej úrovne sa prenesie na ďalšiu trofickú úroveň. Ak sa teda asi jedno percento slnečnej energie akumuluje v rastlinách, tak napríklad na 4. trofickej úrovni bude jej podiel len 0,001 %.

Trofické reťazce sú veľmi nestabilné systémy , pretože náhodná strata ktoréhokoľvek článku zničí celú reťaz. Udržateľnosť prírodnej spoločenstiev je zabezpečená prítomnosťou komplexných rozvetvených mnohodruhov potravinové siete . V takýchto sieťach, keď zlyhá akékoľvek spojenie, energia sa začne pohybovať po obchádzkových cestách. Čím viac druhov je v biogeocenóze, tým je spoľahlivejšia a stabilnejšia.

Na vizuálne znázornenie veľkosti koeficientu prenosu energie z úrovne na úroveň v potravinových reťazcoch ekosystémov slúžia ekologické pyramídy viacerých typov.

Ekologická pyramída -toto je grafické (alebo diagramové) znázornenie vzťahu medzi objemami organickej hmoty alebo energie na susedných úrovniach v potravinovom reťazci.

Grafický model pyramídy vypracoval v roku 1927 americký zoológ Charles Elton.

Základom pyramídy je prvá trofická úroveň – úroveň výrobcov a ďalšie „poschodia“ pyramídy tvoria nasledujúce úrovne – spotrebitelia rôznych rádov. Výška všetkých blokov je rovnaká a dĺžka je úmerná počtu, biomase alebo energii na zodpovedajúcej úrovni. Existujú tri spôsoby, ako postaviť ekologické pyramídy

Najrozšírenejšie sú tieto typy ekologických pyramíd:

Pyramídy Eltonových čísel;

Pyramídy z biomasy;

Energetické pyramídy.

Lindemannov princíp. V roku 1942, na základe zovšeobecnenia rozsiahleho empirického materiálu, americký ekológ Lindeman sformuloval princíp biochemickej premeny energie v ekosystémoch, ktorý dostal názov v ekologickej literatúre zákon 10%.

Lindemannov princíp - zákon pyramídy energií (zákon 10 percent), podľa ktorého v priemere asi 10 % energie prijatej predchádzajúcou úrovňou ekologickej pyramídy prechádza z jednej trofickej úrovne cez potravinové reťazce do inej trofickej úrovne. Zvyšok energie sa stráca vo forme tepelného žiarenia, pohybu atď. Organizmy v dôsledku metabolických procesov strácajú asi 90% všetkej energie v každom článku potravinového reťazca, ktorá sa vynakladá na udržanie ich životných funkcií.

Pyramídy Eltonových čísel sú prezentované vo formulári priemerný počet jedincov potrebné pre výživu organizmov na následných trofických úrovniach.

Pyramída čísel(čísla) odráža počet jednotlivých organizmov na každej úrovni (obr. 35).

Napríklad, aby ste nakŕmili jedného vlka, potrebujete aspoň niekoľko zajacov, ktoré by mohol loviť; na kŕmenie týchto zajacov potrebujete pomerne veľké množstvo rôznych rastlín.

Napríklad, reprezentovať trofický reťazec:

DUBOVÝ LIST - HÚŠENKA - SÝÝKA

pyramída čísel pre jednu sýkorku (tretia úroveň) znázorňuje počet húseníc (druhá úroveň), ktoré zožerie za určitý čas, napríklad za jeden svetelný deň. Na prvej úrovni pyramídy je zobrazených toľko dubových listov, koľko je potrebné na nakŕmenie počtu húseníc, ktoré sú zobrazené na druhej úrovni pyramídy.

Pyramídy biomasy a energie vyjadruje pomer množstva biomasy alebo energie na každej trofickej úrovni.

Pyramída biomasy je založená na zobrazovaní výsledkov váženia suchej hmoty organickej hmoty na každej úrovni a energetická pyramída je založená na výpočtoch biochemickej energie prenesenej z nižšej na vyššiu úroveň. Tieto úrovne na pyramídovom grafe biomasy (alebo energie) sú znázornené ako obdĺžniky rovnakej výšky, ktorých šírka je úmerná množstvu biomasy prenesenej na každú nasledujúcu (prekrývajúcu) úroveň skúmaného trofického reťazca.

TRÁVA (809) - BYLINKOVCE (37) - MÄSOŽRVY-1 (11) - MÄSOŽRVY-2 (1,5),

kde v zátvorkách sú uvedené hodnoty suchej biomasy (g/m2).

2. Pyramída biomasy – pomer hmotností organizmov rôznych trofických úrovní. Zvyčajne je v suchozemských biocenózach celková hmotnosť producentov väčšia ako každý nasledujúci článok. Celkový počet spotrebiteľov prvého rádu je zase väčší ako spotrebiteľov druhého rádu atď. Ak sa organizmy príliš nelíšia vo veľkosti, potom graf zvyčajne zobrazuje stupňovitú pyramídu so zužujúcim sa vrcholom. Takže na vytvorenie 1 kg hovädzieho mäsa je potrebných 70 - 90 kg čerstvej trávy.

Vo vodných ekosystémoch je možné získať aj obrátenú alebo obrátenú pyramídu biomasy, kedy je biomasy producentov menej ako konzumentov, niekedy aj rozkladačov. Napríklad v oceáne s pomerne vysokou produktivitou fytoplanktónu môže byť jeho celková hmotnosť v súčasnosti menšia ako hmotnosť spotrebiteľov (veľryby, veľké ryby, mäkkýše)

Pyramídy čísel a biomasy sa odrážajú statické systémov, teda charakterizujú počet alebo biomasu organizmov v určitom časovom období. Neposkytujú úplné informácie o trofickej štruktúre ekosystému, aj keď umožňujú riešiť množstvo praktických problémov, najmä tých, ktoré súvisia s udržiavaním stability ekosystémov.

Pyramída čísel umožňuje napríklad vypočítať prípustnú hodnotu ulovenia rýb alebo odstrelu zveri v období lovu bez následkov na ich normálnu reprodukciu.

3. Energetická pyramída odráža množstvo toku energie, rýchlosť prechodu masy potravy potravinovým reťazcom. Štruktúra biocenózy je do značnej miery ovplyvnená nie množstvom fixnej ​​energie, ale rýchlosť výroby potravín (obr. 37).

Zistilo sa, že maximálne množstvo energie prenesenej na ďalšiu trofickú úroveň môže byť v niektorých prípadoch 30 % predchádzajúcej, a to je v najlepšom prípade. V mnohých biocenózach, potravinových reťazcoch môže byť hodnota odovzdanej energie len 1 %.

Ryža. 37. Energetická pyramída: tok energie cez potravinový reťazec pastvín (všetky údaje sú v kJ na meter štvorcový x rok)

Všimnite si, že ekologické pyramídy sú jasnou ilustráciou Lindemannovho princípu a s ich pomocou odrážajú podstatnú črtu energetických procesov v ekosystémoch, a to: vďaka relatívne malému podielu energie (v priemere asi desatina) prenesenej na ďalšiu úroveň V ekosystéme zostáva veľmi málo energie a zvyšok sa vracia do geosféry. Takže so 4-úrovňovým trofickým reťazcom zostáva v ekosystéme iba desaťtisícina biochemickej energie. Zanedbateľný zlomok energie zostávajúcej v ekosystéme vysvetľuje, prečo potravinové reťazce v skutočných prírodných ekosystémoch nemajú viac ako 5–6 úrovní.

Ekologická pyramída je grafickým znázornením vzťahu medzi producentmi a konzumentmi všetkých úrovní (bylinožravce, dravce, druhy, ktoré sa živia inými predátormi) v ekosystéme.

Americký zoológ Charles Elton navrhol v roku 1927 schematicky znázorniť tieto vzťahy.

V schematickom znázornení je každá úroveň znázornená ako obdĺžnik, ktorého dĺžka alebo plocha zodpovedá číselným hodnotám článku potravinového reťazca (Eltonova pyramída), ich hmotnosti alebo energii. Obdĺžniky usporiadané v určitom poradí vytvárajú pyramídy rôznych tvarov.

Základom pyramídy je prvá trofická úroveň - úroveň výrobcov, následné poschodia pyramídy tvoria ďalšie úrovne potravinového reťazca - konzumenti rôznych rádov. Výška všetkých blokov v pyramíde je rovnaká a dĺžka je úmerná počtu, biomase alebo energii na zodpovedajúcej úrovni.

Ekologické pyramídy sa rozlišujú v závislosti od ukazovateľov, na základe ktorých je pyramída postavená. Zároveň je pre všetky pyramídy stanovené základné pravidlo, podľa ktorého je v akomkoľvek ekosystéme viac rastlín ako zvierat, bylinožravcov ako mäsožravcov, hmyzu ako vtákov.

Na základe pravidla ekologickej pyramídy je možné určiť alebo vypočítať kvantitatívne pomery rôznych rastlinných a živočíšnych druhov v prírodných a umelo vytvorených ekologických systémoch. Napríklad 1 kg hmotnosti morského živočícha (tuleň, delfín) potrebuje 10 kg zjedených rýb a týchto 10 kg už potrebuje 100 kg potravy - vodné bezstavovce, ktoré zase potrebujú zjesť 1 000 kg rias a baktérií na vytvorenie takejto hmoty. V tomto prípade bude ekologická pyramída stabilná.

Ako však viete, z každého pravidla existujú výnimky, ktoré sa budú brať do úvahy v každom type ekologických pyramíd.

Typy ekologických pyramíd

Pyramídy čísel - na každej úrovni sa odkladá počet jednotlivých organizmov

Pyramída čísel odráža jasný vzorec objavený Eltonom: počet jednotlivcov, ktorí tvoria sekvenčnú sériu odkazov od výrobcov k spotrebiteľom, neustále klesá (obr. 3).

Napríklad, aby ste nakŕmili jedného vlka, potrebujete aspoň niekoľko zajacov, ktoré by mohol loviť; na kŕmenie týchto zajacov potrebujete pomerne veľké množstvo rôznych rastlín. V tomto prípade bude pyramída vyzerať ako trojuholník so širokou základňou zužujúcou sa nahor.

Táto forma pyramídy čísel však nie je typická pre všetky ekosystémy. Niekedy môžu byť obrátené alebo prevrátené. Týka sa to lesných potravinových reťazcov, kde stromy slúžia ako producenti a hmyz ako primárni konzumenti. Úroveň primárnych konzumentov je v tomto prípade číselne bohatšia ako úroveň výrobcov (na jednom strome sa živí veľké množstvo hmyzu), preto sú pyramídy čísel najmenej vypovedajúce a najmenej vypovedajúce, t.j. počet organizmov rovnakej trofickej úrovne do značnej miery závisí od ich veľkosti.

Pyramídy biomasy – charakterizujú celkovú suchú alebo vlhkú hmotnosť organizmov na danej trofickej úrovni, napríklad v jednotkách hmotnosti na jednotku plochy – g/m2, kg/ha, t/km2 alebo na objem – g/m3 (obr. 4)

Zvyčajne je v suchozemských biocenózach celková hmotnosť producentov väčšia ako každý nasledujúci článok. Celkový počet spotrebiteľov prvého rádu je zase väčší ako spotrebiteľov druhého rádu atď.

V tomto prípade (ak sa organizmy príliš nelíšia veľkosťou) bude pyramída tiež vyzerať ako trojuholník so širokou základňou zužujúcou sa smerom nahor. Z tohto pravidla však existujú významné výnimky. Napríklad v moriach je biomasa bylinožravého zooplanktónu výrazne (niekedy 2-3 krát) väčšia ako biomasa fytoplanktónu, ktorý predstavujú najmä jednobunkové riasy. Vysvetľuje to skutočnosť, že riasy zooplanktón veľmi rýchlo požiera, ale veľmi vysoká miera delenia ich buniek ich chráni pred úplným jedením.

Vo všeobecnosti sú terestrické biogeocenózy, kde sú producenti veľkí a žijú pomerne dlho, charakterizované relatívne stabilnými pyramídami so širokou základňou. Vo vodných ekosystémoch, kde sú producenti malých rozmerov a majú krátke životné cykly, môže byť pyramída biomasy obrátená alebo obrátená (smerovaná nadol). V jazerách a moriach teda hmotnosť rastlín prevyšuje hmotnosť konzumentov iba počas obdobia kvitnutia (jar) a vo zvyšku roka sa situácia môže obrátiť.

Pyramídy čísel a biomasy odrážajú statiku systému, t.j. charakterizujú počet alebo biomasu organizmov v určitom časovom období. Neposkytujú úplné informácie o trofickej štruktúre ekosystému, aj keď umožňujú riešiť množstvo praktických problémov, najmä tých, ktoré súvisia s udržiavaním stability ekosystémov.

Pyramída čísel umožňuje napríklad vypočítať prípustnú hodnotu ulovenia rýb alebo odstrelu zveri v období lovu bez následkov na ich normálnu reprodukciu.

Pyramídy energie - zobrazuje množstvo toku energie alebo produktivitu na po sebe nasledujúcich úrovniach (obr. 5).

Na rozdiel od pyramíd čísel a biomasy, ktoré odrážajú statiku systému (počet organizmov v danom momente), pyramída energie, odrážajúca obraz rýchlosti prechodu masy potravy (množstvo energie). ) prostredníctvom každej trofickej úrovne potravinového reťazca poskytuje najúplnejší obraz o funkčnej organizácii spoločenstiev.

Tvar tejto pyramídy nie je ovplyvnený zmenami veľkosti a intenzity metabolizmu jedincov a ak sa zohľadnia všetky zdroje energie, potom bude mať pyramída vždy typický vzhľad so širokou základňou a zužujúcim sa vrchom. Pri stavbe energetickej pyramídy sa k jej základni často pridáva obdĺžnik znázorňujúci prílev slnečnej energie.

V roku 1942 americký ekológ R. Lindeman sformuloval zákon pyramídy energií (zákon 10 percent), podľa ktorého v priemere asi 10 % energie prijatej predchádzajúcou úrovňou ekologickej pyramídy prechádza z jednej trofickú úroveň cez potravinové reťazce na inú trofickú úroveň. Zvyšok energie sa stráca vo forme tepelného žiarenia, pohybu atď. Organizmy v dôsledku metabolických procesov strácajú asi 90% všetkej energie, ktorá sa vynakladá na udržanie svojej životnej aktivity v každom článku potravinového reťazca.

Ak zajac zjedol 10 kg rastlinnej hmoty, jeho vlastná hmotnosť by sa mohla zvýšiť o 1 kg. Líška alebo vlk, ktoré zjedia 1 kg zajaca, zväčšia svoju hmotnosť len o 100 g. U drevín je tento podiel oveľa nižší, pretože drevo je slabo absorbované organizmami. V prípade tráv a rias je táto hodnota oveľa vyššia, pretože nemajú ťažko stráviteľné tkanivá. Všeobecná zákonitosť procesu prenosu energie však zostáva: cez horné trofické úrovne prechádza oveľa menej energie ako cez nižšie.

Zvážte transformáciu energie v ekosystéme na príklade jednoduchého trofického reťazca pasienkov, v ktorom sú len tri trofické úrovne.

úroveň - bylinné rastliny,

úroveň - bylinožravé cicavce, napríklad zajace

úroveň - dravé cicavce, napríklad líšky

Živiny vytvárajú v procese fotosyntézy rastliny, ktoré z anorganických látok (voda, oxid uhličitý, minerálne soli a pod.) pomocou energie slnečného žiarenia tvoria organické látky a kyslík, ako aj ATP. Časť elektromagnetickej energie slnečného žiarenia sa potom premieňa na energiu chemických väzieb syntetizovaných organických látok.

Všetka organická hmota vytvorená počas fotosyntézy sa nazýva hrubá primárna produkcia (GPP). Časť energie hrubej primárnej produkcie sa vynakladá na dýchanie, výsledkom čoho je tvorba čistej primárnej produkcie (NPP), čo je práve látka, ktorá vstupuje do druhej trofickej úrovne a využíva ju zajace.

Nech je dráha 200 konvenčných jednotiek energie a náklady rastlín na dýchanie (R) sú 50 %, t.j. 100 konvenčných jednotiek energie. Potom sa čistá prvovýroba bude rovnať: JE = VE - R (100 = 200 - 100), t.j. na druhej trofickej úrovni dostanú zajace 100 konvenčných jednotiek energie.

Zajace sú však z rôznych dôvodov schopné spotrebovať len určitý podiel JE (inak by zanikli zdroje na rozvoj živej hmoty), no jeho značnú časť vo forme odumretých organických zvyškov (podzemné časti rastlín , tvrdé drevo stoniek, konárov atď.) zajace nedokážu zožrať. Vstupuje do detritových potravinových reťazcov a (alebo) sa rozkladá rozkladačmi (F). Ďalšia časť ide na budovanie nových buniek (veľkosť populácie, rast zajacov - P) a zabezpečenie energetického metabolizmu alebo dýchania (R).

V tomto prípade bude podľa bilančného prístupu bilančná rovnica spotreby energie (C) vyzerať takto: C = P + R + F, t.j. Energia prijatá na druhej trofickej úrovni sa minie podľa Lindemannovho zákona na rast populácie – P – 10 %, zvyšných 90 % sa minie na dýchanie a odstraňovanie nestrávenej potravy.

V ekosystémoch so zvýšením trofickej úrovne teda dochádza k rýchlemu poklesu energie nahromadenej v telách živých organizmov. Z toho je jasné, prečo každá ďalšia úroveň bude vždy menšia ako predchádzajúca a prečo potravinové reťazce zvyčajne nemôžu mať viac ako 3-5 (zriedka 6) článkov a ekologické pyramídy nemôžu pozostávať z veľkého počtu poschodí: do finále článok potravinového reťazca rovnako ako do najvyššieho poschodia ekologickej pyramídy dostane tak málo energie, že v prípade zvýšenia počtu organizmov to nebude stačiť.

Takáto postupnosť a podriadenosť skupín organizmov spojených vo forme trofických úrovní je tok hmoty a energie v biogeocenóze, základ jej funkčnej organizácie.

Každý ekosystém sa skladá z niekoľkých trofické (potravinové) úrovne, tvoriaci určitú štruktúru. trofická štruktúra zvyčajne zobrazovaný ako ekologické pyramídy.

V roku 1927 americký ekológ a zoológ Charles Elton navrhol grafický model ekologická pyramída. Základňa pyramídy je prvou trofickou úrovňou pozostávajúcou z výrobcov. Vyššie sú úrovne spotrebiteľov rôznych objednávok. Inými slovami, pri pohľade na ekologickú pyramídu pochopíme, ako sú všetci jej členovia príbuzní v danom ekosystéme podľa viacerých faktorov.

Zobrazia sa úrovne ekologická pyramída vo forme niekoľkých pravouhlých alebo lichobežníkových vrstiev, ktorých veľkosť koreluje buď s počtom účastníkov v každej úrovni potravinového reťazca, alebo s ich hmotnosťou, alebo s energiou.

Tri typy ekologických pyramíd

1. Pyramída čísel (alebo čísla) nám hovorí o počte živých organizmov na každej úrovni. Napríklad na kŕmenie jednej sovy je potrebných 12 myší a tie zase potrebujú 300 klasov raže. Často sa to stáva pyramída čísel je obrátená (takejto pyramíde sa inak hovorí obrátená). Môže opísať, povedzme, lesný potravinový reťazec, v ktorom sú stromy producentmi a hmyz primárnymi konzumentmi. Jeden strom je potravou pre nespočetné množstvo hmyzu.

2. Pyramída z biomasy opisuje pomer hmotností organizmov niekoľkých trofické úrovne. V biocenózach na zemi je spravidla množstvo výrobcov oveľa väčšie ako v každom nasledujúcom článku potravinového reťazca a množstvo spotrebiteľov prvej úrovne prevyšuje množstvo spotrebiteľov druhej úrovne atď.

Vodné ekosystémy možno charakterizovať aj obrátenými pyramídami biomasy, v ktorých je masa konzumentov väčšia ako masa producentov. Oceánsky zooplanktón živiaci sa fytoplanktónom ho ďaleko prevyšuje z hľadiska celkovej hmotnosti. Zdalo by sa, že pri takejto rýchlosti vstrebávania by fytoplanktón musel zmiznúť, zachraňuje ho však vysoká rýchlosť rastu.

3. energetická pyramída skúma množstvo energie toku potravinovým reťazcom od základnej úrovne po najvyššiu. Štruktúra biocenózy je vysoko závislá od rýchlosti produkcie potravín na všetkých trofických úrovniach. Americký vedec Raymond Lindeman zistil, že až 90 % ním prijatej energie sa stráca na každej úrovni (tzv. „Zákon 10 %“).

Prečo potrebujeme ekologické pyramídy?

Pyramídy čísel a biomasy popisujú ekosystém v jeho statike, pretože počítajú počet alebo hmotnosť účastníkov v ekosystéme za určité časové obdobie. Nie sú určené na poskytovanie informácií o trofickej štruktúre ekosystému v dynamike, umožňujú však riešiť problémy súvisiace s udržiavaním stability ekosystému a predvídaním možných nebezpečenstiev.

Klasickým príkladom narušenia stability je dovoz králikov na austrálsky kontinent. V dôsledku vysokej miery rozmnožovania sa ich počet stal tak obrovským, že poškodzovali poľnohospodárstvo, pripravovali ovce a dobytok o potravu – teda len jeden druh spotrebitelia (králiky) monopolizovali producenta (trávu) v tomto ekosystéme.

energetická pyramída, na rozdiel od vyššie uvedených pyramíd, je dynamický, prenáša rýchlosť prechodu množstva energie cez všetky trofické úrovne. Jeho úlohou je poskytnúť predstavu o funkčnej organizácii ekosystémov.