Главная > Наука > Биология > Экологическая пирамида: правило построения, примеры и значение
Принцип восхождения (от простого к сложному, от низшего к высшему) полностью соответствует всем существующим процессам эволюции и развития на Земле. В том числе и экологических цепей. Если графически изображать все этапы их эволюционирования (прохождения естественных переходов), то объемная картинка принимает вид конуса, а плоская — пирамиды с широким основанием внизу.
Экологическая пирамида и правила ее построения полностью соответствует данной геометрической форме.
В ее принцип построения положено взаимоотношение всех соседних слоев на основании их пищевых отношений.
Массивную основу дает богатая биомасса (растения — на земле, водоросли — в воде), которая становится продуктом потребления для следующего верхнего слоя.
Такой процесс питания верхнего (с меньшим количеством организмов) слоя низшим (более массивным) повторяется до верхушки пирамиды — высшего организма или особи.
Виды
Для более полной оценки существующих биогеоценозов и биоценозов с точки зрения их трофических отношений было выделено три фактора оценки. В основу брались их основные показатели и влияние на окружающую среду.
Разновидности пирамид по количеству:
- выделяемой и потребляемой энергии;
- биомассы;
- организмов (численности).
Энергии
Из этих трех типов схема потери/передачи энергии дает наиболее полное представление о функциональной организованности сообщества. Анализ ее работы показывает коэффициент полезного действия всей системы, качество и скорость обменных и природных процессов цепи.
Согласно расчетам специалистов, потребляемая и вырабатываемая энергия только одной десятой частью вливается в следующий уровень. Остальная ее часть идет на обеспечение всех процессов жизнедеятельности и излучается в окружающую среду в виде тепла.
Закон перехода энергии от слоя к слою (уровня к уровню) носит циклический характер с сохранением пропорции передачи и потребления энергии примерно 1:10.
Биомассы
Ее потеря от уровня к уровню обусловлена расходом ее энергетической ценности на функциональные энергозатраты организмов (особей): пищеварение, дыхание, выполнение всех двигательных функций и работу внутренних органов.
Численности
Низший слой всегда имеет большее количество особей и организмов в цепи (в перевернутых схемах наоборот).
Правило экологической пирамиды
В начале XX века рисунок имел только форму и текстовое информативное наполнение с наименованием уровней или конкретных участников (продуцентов и консументов) определенной экосистемы. Позднее было выведено общее количественное соотношение между соседними уровнями. Его назвали «Правилом экологической пирамиды».
Оно гласит:
Полезная масса нижнего уровня примерно в десять раз меньше (на 90 процентов), чем у соседнего верхнего.
Перевернутая пирамида
Принцип ее построения сохраняется и в том случае, если количественный состав продуцента меньше консументов первого уровня. Только на этот раз внизу оказывается вершина пирамиды (точка), а широкое основание — вверху.
На это влияет фактор численности организмов — от меньшего к большему.
Биомассы
В морях и океанах некоторым экосистемам свойственна перевернутая конфигурация рисунка. Это обусловлено особенностями их развития и взаимодействия.
Цепь питания
Основная потребность любого живого организма — питание. Исходя из принципа построения биологической трофической пирамиды, в этот процесс включены все виды — от простейших (бактерий) до высших (человека). В каждой отдельной экосистеме количество элементов (уровней) может колебаться от двух до 5—6 (в океане и более).
Линейная последовательность организмов, которые передают питательные вещества и энергию, начиная с продуцентов, высшим хищникам через других потребителей называется цепью питания.
Исходя из структуры и особенностей организмов, им требуется разная по содержанию полезных веществ (БЖУ, минеральных компонентов, витаминов) пища. Таким образом сложились различные цепи питания.
Различают два их основных вида:
- пастбищная пищевая цепь (цепь выедания );
- детритная (цепь разложения).
Пастбищная
Она заключается в последовательном переходе энергии, потребляемой в виде пищи. Состав первого продуцента (энергетика) — зеленые растения, съедобные для травоядных (травы, цветы, наземные овощные культуры).
Порядок перехода:
- от растений (продуцентов) к травоядным животным ( консументам первого порядка);
- те в качестве питания попадают к мелким хищникам (консументам второго порядка);
- они — к более крупным (третьего порядка).
Детритная
Ее структура имеет обратное движение энергии — от умерших крупных животных к микроорганизмам, которые, перерабатывая останки, выделяют специальную субстанцию, называемую детритом.
На картинке пример такой цепи питания.
Примеры
Для понимания работы биосистем по принципу пирамиды рекомендуется ознакомиться с наглядными примерами, которые можно встретить в природе или в повседневной жизни.
На берегу моря после шторма можно наблюдать такую картину: большие стаи чаек кружат над самой водой и атакуют поднимающуюся к поверхности рыбу. Туда же устремляются местные ребята и на небольшой глубине ловят рыбу голыми руками.
Причина этого рыболовного ажиотажа в следующем:
- Штормом к берегу прибивает большие скопления водорослей.
- В их зарослях пребывает огромное количество креветок и мелкого биопланктона.
- За этим богатством устремляется достаточное количество рыбы, которая путается и плещется в этих водорослях.
- Замыкают трофическую пирамиду данной цепи питания чайки и удачливые рыболовы.
Следующий пример носит отпечаток антропогенного влияния на экосистему.
Трофические цепи:
- Пасущиеся в поле коровы (консументы 1 уровня) с аппетитом поедают траву (продуцент 1 уровня).
- На выходе получается молоко, из которого делают кефир, сыр, сметану, масло. Они идут на питание человеку.
- Но и саму корову могут употребить в пищу консументы высшего уровня: крупные хищники, или тот же человек.
Этот пример интересен тем, что корова одновременно становится участником и простой, и перевернутой схемы. Признак последней — меньшее количество питательных организмов на низшем трофическом уровне.
Ее признаки:
- В природных условиях, если корова пасется за городом, она подвергается укусам большого количества комаров, оводов и слепней (консументов 1 трофического уровня).
- Часть их будет съедена мелкими птицами: ласточками, лесными воробьями и т. п.(консументы 2 уровня).
- Некоторые из них в свою очередь станут пищевой энергией для сов, соколиных, лис (консументы 3 уровня).
Значение
Использование закона ступенчатой зависимости уровней и влияние их численности и массы друг на друга позволяет ученым оценивать существующие биоценозы в каждом индивидуальном случае.
Зная численность или биомассу одного уровня, учитывая антропогенно-природную обстановку местности, можно рассчитать численные значения всех остальных.
Это позволяет существенно сократить временные и экономические расходы на научные исследования.
Эти методы расчетов могут применяться и в народном хозяйстве.
Например:
- Выдалась сухая весна, и масса травяного покрова в определенном регионе резко упала от нормы.
- Зная количество проживающих в ареале травоядных животных, можно рассчитать их потребность в траве и воде.
- Это позволяет своевременно предпринять природоохранные меры — произвести подсев на определенной территории нужного количества трав и других пищевых растений.
- Это в свою очередь обеспечит стабильность популяций организмов и особей всей трофической цепи биоценоза, сохранит их природные связи.
Применение правила экологической пирамиды позволяет в некоторых смежных вопросах решать экологические задачи.
Например:
- По такому принципу можно регулировать уровень органических веществ в почве, численность животных и растений, если они ниже или выше нормы.
- Решения многих экологических проблем напрямую связаны с правильно определенным изменением баланса пищевых цепей биоценозов.
- Составление таблиц на основании данных биологической пирамиды наглядно показывают экологическую ситуацию в конкретном регионе. Это позволяет своевременно реагировать и принимать меры по восстановлению равновесия трофических классов.
Видео
Познавательный видеоурок по биологии — пример задачи по теме «Цепи питания».
Экологическая пирамида – это что такое? :
Природа удивительна и многообразна, и в ней все взаимосвязано и уравновешено. Число особей любых видов животных, насекомых, рыб постоянно регулируется.
Невозможно себе представить, чтобы численность какого-либо вида особей постоянно возрастала. Чтобы такого не происходило, существует естественный отбор и многие другие факторы окружающей среды, постоянно регулирующие эту численность. Все вы наверняка слышали такое выражение, как экологическая пирамида. Что это такое? Какие виды экологических пирамид существуют? На каких правилах она основана? Ответы на эти и другие вопросы вы получите ниже.
Экологическая пирамида – это… Определение
Итак, всем знакомо, что в биологии существуют пищевые цепи, когда одни животные, обычно хищники, питаются другими животными.
Экологическая пирамида – это примерно такая же система, но, в свою очередь, намного глобальнее. Что она собой представляет? Экологическая пирамида – это некая система, которая отражает в своем составе численность существ, массу особей и плюс энергию, заложенную в них на каждом уровне. Особенность еще состоит в том, что при повышении каждого уровня показатели значительно понижаются. Кстати говоря, именно с этим и связано правило экологической пирамиды. Прежде чем вести о нем речь, стоит понять, как выглядит эта схема.
Если представить ее схематично на рисунке, то это будет нечто схожее с пирамидой Хеопса: четырехугольная пирамида с заостренной верхушкой, где сосредоточено наименьшее количество особей.
Правило экологической пирамиды определяет одну очень интересную закономерность. Она состоит в том, что основание экологической пирамиды, а именно растительность, составляющая основу питания, где-то в десять раз больше, нежели масса животных, питающихся растительной пищей.
При этом каждый следующий уровень тоже в десять раз меньше предыдущего. Так и получается, что крайний верхний уровень содержит наименьшую массу и энергию. Что дает нам эта закономерность?
Роль правила пирамиды
На основании правила экологической пирамиды можно решить множество задач. Например, сколько орлов может вырасти, когда есть определенное количество зерна, когда в цепи питания участвуют лягушки, змеи, кузнечики и орел.
Исходя из того, что на высший уровень переносится лишь 10 % энергии, можно с легкостью решать подобные задачи. Что такое экологические пирамиды, мы узнали, выявили их правило и закономерности. А вот о том, какие экологические пирамиды существуют в природе, мы сейчас и поговорим.
Виды экологических пирамид
Существует три вида пирамид. Исходя из начального определения, уже можно сделать вывод, что они связаны с числом особей, их биомассой и энергией, заключенной в них. В общем-то, обо всем по порядку.
Пирамида чисел
Название говорит само за себя. Данная пирамида отражает число особей, находящихся на всех уровнях по отдельности. Но стоит отметить, что в экологии она применяется довольно редко, так как на одном уровне находится очень большое количество особей, и дать полную структуру биоценоза достаточно тяжело.
Все это гораздо легче представить на одном конкретном примере. Допустим, в основании пирамиды лежит 1000 тонн зеленых растений. Эту растительность поедают кузнечики. Их количество, к примеру, составляет где-то около тридцати миллионов.
Девяносто тысяч лягушек способны потребить в пищу всех этих кузнечиков. Сами же лягушки являются пищей 300 форелей. Такое количество рыбы один человек способен съесть за год.
Что у нас получается? А получается то, что в основании пирамиды миллионы травинок, а на верхушке пирамиды лишь один человек.
Как раз здесь мы и можем наблюдать, как, при переходе с одного уровня на каждый последующий показатели понижаются. Уменьшается масса, количество особей, снижается энергия, заключенная в них.
Нельзя не упомянуть и то, что встречаются исключения. Допустим, иногда бывают обращенные экопирамиды чисел. Допустим, в лесу на определенном дереве обитают насекомые.
Ими питаются все насекомоядные птицы.
Пирамида биомассы
Вторая схема – это пирамида биомассы. Она тоже представляет собой соотношение. Но в данном случае это – соотношение масс. Как правило, масса в основании пирамиды всегда намного больше, нежели на высшем трофическом уровне, а масса второго уровня выше, нежели масса третьего уровня, и так далее.
Если организмы на разных трофических уровнях не особо различаются по размерам, то на рисунке это как раз и выглядит как четырехугольная, сужающаяся кверху, пирамида.
Один из американских ученых объяснял структуру данной пирамиды на следующем примере: вес растительности на лугу гораздо больше, чем масса особей, потребляющих эти растения, вес растительноядных выше веса плотоядных первого уровня, вес последних выше веса плотоядных второго уровня и так далее.
Например, один лев весит достаточно много, но эта особь встречается настолько редко, что по сравнению с массой других особей его собственная масса ничтожно мала. Исключения встречаются и в таких пирамидах, когда масса продуцентов меньше по сравнению с массой консументов. Рассмотрим это на примере водной системы. Масса фитопланктона, даже учитывая высокую продуктивность, меньше, чем масса потребителей, например китов. Такие пирамиды носят название перевернутых или обращенных.
Пирамида энергии
Ну и наконец, третий вид экологической пирамиды – энергетическая. Она отражает скорость, с которой масса пищи проходит через цепь, а также величину данной энергии. Данный закон был сформулирован Р. Линдеманом. Именно он доказал, что с изменением трофического уровня переходит лишь 10 % от энергии, которая находилась на предыдущем уровне.
Начальный процент энергии всегда составляет 100 %. Но если на следующий трофический уровень переходит лишь десятая часть, то куда девается большая часть энергии? Основная ее часть, а именно 90 %, тратится особями на обеспечение всех процессов жизнедеятельности.
Таким образом, здесь тоже существует некая закономерность. Через верхние трофические уровни, где меньшая масса и число особей, энергии протекает также значительно меньшая часть, чем ее проходит через низшие уровни.
Именно этим можно объяснить тот факт, что хищников не такое большое количество.
Недостатки и преимущества экологических пирамид
Несмотря на количество различных видов, практически каждый из них имеет ряд минусов. Это, например, пирамиды чисел и биомассы. В чем их недостаток? Дело в том, что построение первой вызывает некоторые трудности, если разброс численности различных уровней слишком велик. Но вся сложность заключается не только в этом.
Как мы уже говорили, встречаются перевернутые пирамиды. Когда, например, огромное количество паразитов поедает немногочисленных консументов.
Пирамида массы показывает состояние системы в конкретный момент и не может отражать продуктивность в течение длительного промежутка времени. И опять же, это пирамиды, которые оказываются перевернутыми.
Если такими признаками наделены обе схемы, то энергетическая, в свою очередь, лишена их. В этом ее огромное преимущество.
Пирамида энергии способна сравнивать продуктивность, так как учитывает важнейший временной фактор. Ну и, конечно, стоит сказать, что такая пирамида никогда не оказывается перевернутой. Благодаря этому, она является неким стандартом.
Роль экологической пирамиды
Экологическая пирамида – это то, что помогает нам понять структуру биоценоза, описать состояние системы. Также эти схемы помогают при определении допустимого количества вылова рыбы, числа отстрела животных.
Все это нужно для того, чтобы не нарушить общую целостность и устойчивость экологии. Пирамида, в свою очередь, помогает нам понять организацию функциональных сообществ, а также сравнивать различные экосистемы по их продуктивности.
Экологическая пирамида как соотношение признаков
Исходя из вышеперечисленных видов, можно сделать вывод, что экологическая пирамида – это некое соотношение показателей, связанных с численностью, массой и энергией. Уровни экологической пирамиды различны по всем признакам.
Более высокие показатели имеют низшие уровни, и наоборот. Не стоит забывать и про перевернутые схемы. Здесь консументы превосходят продуцентов. Но в этом нет ничего удивительного.
Природа имеет свои законы, исключения могут быть где угодно.
Энергетическая пирамида наиболее проста и надежна, так как учитывает важнейший временной фактор. Благодаря этому, именно ее принято считать неким стандартом. Роль экологических пирамид очень велика для поддержания баланса естественных экосистем и обеспечения их устойчивости.
Биология. 10 класс
Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, вещества в экосистеме используются многократно, включаясь в круговорот. Это происходит благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей питания. Причем в превращении веществ главную роль играют живые организмы.
Круговорот веществ начинается с поступления химических элементов из почвы (вода и минеральные соли) и атмосферы (углекислый газ, азот) в живые организмы — продуценты. Продуценты синтезируют органические вещества, часть которых дальше передается по пищевой цепи консументам.
Определенное количество органических веществ продуцентов и консументов возвращается в почву с трупным материалом, экскрементами (детрит). В результате деятельности редуцентов они превращаются в минеральные вещества, атомы которых снова вовлекаются продуцентами в круговорот. Но совершенно замкнутым круговорот веществ быть не может.
Атомы некоторых химических элементов могут на длительное время выводиться из круговорота, накапливаясь в литосфере в составе известняка (мела), каменного угля, природного газа, нефти, торфа, руд различных металлов.
Превращение энергии в цепях питания экосистемы идет несколько иначе, чем превращение веществ. Поток солнечной энергии, поступивший в экосистему, после включения в органическое вещество как бы разделяется на два русла — пастбищное и детритное.
В каждом из них освобождающаяся энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов: размножение, движение, поддержание температуры тела, транспорт веществ через клеточные мембраны.
Соотношение количества энергии, проходящей через пастбищные и детритные цепи, в различных типах экосистем разное. Потеря энергии в пищевых цепях может быть восполнена только за счет поступления новых порций солнечной энергии или готового органического вещества (энергия корма).
Поэтому в экосистеме не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии.
Процент усвояемости вещества и энергии в разных цепях питания варьирует и зависит от состава корма и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что в пастбищных цепях переход энергии и вещества от одного трофического уровня к другому составляет в среднем 10 %.
В одних цепях питания он может быть несколько выше, а в других — немного ниже. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал принцип преобразования энергии в экосистемах, получивший в экологической литературе название правило 10 % (его часто называют правилом Линдемана).
Согласно правилу 10 %, при переходе с одного трофического уровня на последующий уровень в цепи питания передается в среднем около 10 % энергии без каких-либо неблагоприятных последствий для экосистемы.
При этом имеется в виду часть энергии, поступившей с пищей, которую организм использует для построения органического вещества своего собственного тела.
Примеры решения задач на анализ превращения вещества и энергии в пастбищных цепях питания и на правило 10 % приведены в конце пособия в разделе «Методика решения задач (Б)».
Используя это правило, можно рассчитать примерное количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.
Правило Линдемана неприменимо для этапов пастбищных цепей, включающих паразитов. Поскольку паразиты используют готовые питательные вещества хозяина, то эффективность их усвоения намного выше, чем при потреблении органического вещества корма другими организмами.
Паразитам не нужно затрачивать энергию на процессы переваривания пищи, так как эту функцию выполняет хозяин. Получая питательные вещества от хозяина, паразит их практически полностью усваивает, поэтому он не теряет часть энергии в составе непереваренных остатков (экскрементов).
Из этого следует, что в пищевых цепях, включающих паразитов, не будет соблюдаться правило Линдемана.
Некоторые ученые считают, что правило Линдемана соблюдается в экосистеме только при наличии оптимальных условий среды и при полной обеспеченности кормом.
Экологическая пирамида – виды, характеристика и эффективность – Помощник для школьников Спринт-Олимпик.ру
Экосистема определяется как сообщество, состоящее из живых и неживых организмов, которые существуют рядом и взаимодействуют друг с другом. Она не имеет определённых размеров, так как может быть такой же маленькой, как дерево, или такой же большой, как вся земная масса. Экосистемы разбиты на разные ранги, называемые трофическими уровнями, которые составляют экологическую пирамиду.
История и описание
В 1927 году концепция экологической пирамиды была впервые предложена английским экологом Чарльзом Элтоном (1900−1991) (поэтому она также известна как элтонская пирамида).
Экологическая пирамида — это графическое изображение треугольной формы, которое показывает количество организмов, биомассы и заключённой в них энергии на каждом трофическом уровне в экосистеме и их биологическую продуктивность.
Она состоит из ряда горизонтальных полос, изображающих определённые ранги. Длина каждого столбца представляет общее количество особей, или биомассы, или энергии на каждом уровне в экосистеме.
Все организмы в биологии классифицируются на основе различных факторов окружающей среды, таких как образ жизни в определённой экосистеме (что едят и как получают энергию):
- Организмы, которые производят органические вещества из неорганических, называются продуцентами (производителями). Растения и некоторые бактерии являются преобразователями солнечной энергии в процессе фотосинтеза и создают (синтезируют) органические вещества, которые потребители используют в качестве пищи. Как правило, такие пирамиды в окружающем мире начинаются именно с потребителей. Они расположены внизу и проходят через различные ступени, поднимаясь по пирамиде. Вершина представляет самый высокий уровень в цепи питания.
- Следующим уровнем в иерархии являются консументы — это потребители органического вещества. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные — животную. В результате процесса пищеварения, протекающего в организмах консументов, происходит первичное измельчение и разложение органического вещества.
- После этого редуценты разрушают мёртвые или разлагающиеся организмы и при этом осуществляют естественный процесс разложения.
Экологическая эффективность
Экологическая эффективность — это эффективность, с которой энергия передаётся с одного трофического уровня на другой.
Количество трофических уровней в пастбищной пищевой цепи ограничено, поскольку передача энергии осуществляется по закону десяти процентов. Это означает, что только 10% энергии передаётся на каждый трофический уровень с нижестоящего.
Уменьшение на каждом последующем уровне обусловлено двумя причинами:
- При каждом трофическом потоке часть доступной энергии теряется при дыхании или расходуется на обмен веществ.
- Часть энергии теряется при каждом преобразовании.
Виды экологических пирамид
Подобные пирамиды представляют трофическую структуру, а также трофическую функцию экосистемы. Они могут быть следующих трёх видов:
В целом, все они являются вертикальными, за исключением некоторых случаев.
Например, в пищевой сети детрита (остатки органических веществ, перегной, которые образуются при переработке мёртвых растений и животных бактериями и простейшими) пирамида чисел не является вертикальной, потому что многие организмы питаются мёртвыми растениями или животными.
Перевёрнутой экологической пирамидой также является пирамида биомассы в океане. Но следует отметить, что пирамида энергии находится исключительно в вертикальном положении, поскольку поток энергии является однонаправленным.
Численность особей
Пирамида чисел графически представляет общее количество особей, присутствующее на каждом уровне. Этот вид может иметь две разные формы в зависимости от количества организмов: прямую и перевёрнутую.
В вертикальной числовой пирамиде количественное соотношение организмов обычно уменьшается снизу вверх. Это обычно происходит в экосистемах лугов и прудов, где растения (например, травы) занимают основание пирамиды. Последующие уровни включают потребителей.
Перевёрнутая пирамида чисел, с другой стороны, является противоположностью первой. Это обычно наблюдается в экосистемах леса с деревьями в качестве производителей и насекомых в качестве потребителей.
Среди трёх видов она наименее точна, поскольку не учитывает конкретное количество населения и, следовательно, не может полностью определить трофическую структуру в этой экосистеме. Она игнорирует биомассу организмов, а также не указывает на передаваемую энергию или использование её участвующими группами.
Вертикальная пирамида чисел на примере экосистемы пруда и луга кратко описывается следующим образом:
- Травы занимают самый низкий уровень (основание) из-за их обилия в экологии.
- Следующая более высокая ступень — основной потребитель — травоядные, например, кузнечик. Индивидуальное количество кузнечиков меньше, чем у травы.
- Следующая ступень — это основной хищник, например крысы. Количество крыс меньше, чем кузнечиков, потому что они питаются кузнечиками.
- Далее вторичный хищник, змеи. Они питаются крысами.
- И наконец, верхний хищник, такой как ястреб.
С каждым более высоким уровнем количество индивидуумов уменьшается.
При необходимости определить, какую массу растений сохранит от поедания гусеницами пара синиц при выкармливании 5 птенцов, если вес одного птенца 3 грамма, следует для начала составить цепь питания. Выглядеть она будет так: растения — гусеницы — синицы
Правило экологической пирамиды показывает, что на каждом предыдущем уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени больше, чем на последующем ~ в 10 раз. Следовательно, соотношение будет следующим: растения 1500 г — гусеницы 150 г — синицы 15 г. Таким образом, пара синиц, выкармливая своих птенцов, сохраняет 1,5 кг растений.
Масса живых организмов
Пирамида биомассы определяется как количество доступной пищи и сколько энергии передаётся на единицу площади продукта живого вещества, присутствующего в организме, и общее количество организмов, находящихся на определённой ступени. В менее сложных терминах это относится к пище, доступной для последующего уровня.
Большая часть биомассы, которую потребляют животные, используется для обеспечения энергии, превращается в новые ткани или просто остаётся непереваренной. Основную часть времени данный вид имеет истинную пирамидальную форму, причём биомасса на нижних уровнях выше уровней над ними.
Как и предыдущий вид, пирамида биомассы может иметь две формы: прямую и перевёрнутую. Обычно наземные экосистемы характеризуются вертикальной формой, имеющей большую базу (первичные продуценты) с меньшими уровнями (потребители), расположенными наверху.
С другой стороны, водные экосистемы являются полной противоположностью, поскольку они принимают перевёрнутую структуру. Это связано с тем, что производители фитопланктона (как правило, с меньшей биомассой) расположены у основания, а потребители, имеющие большую биомассу, расположены у вершины.
Биомасса также используется в качестве источника возобновляемой энергии при замене ископаемого топлива. Эта альтернатива существенно помогла в улучшении климатических условий планеты. Благодаря использованию биомассы в качестве топлива можно получить широкий спектр преимуществ, которые включают сокращение отходов и низкие затраты.
Основными характеристиками пирамиды биомассы являются:
- Она обычно определяется путём сбора всех организмов, занимающих каждый уровень отдельно, и измерения их сухого веса. Это преодолевает проблему разницы в размерах, поскольку взвешиваются все виды организмов на трофическом уровне.
- На каждом уровне располагается определённая масса живого материала в определённое время.
- Постоянный урожай измеряется как масса живых организмов (биомасса) или количество в единице площади.
Энергия и её передача
Последний, но не менее важный вид, это энергетическая пирамида, которая показывает общую энергию в экосистеме и сколько её требуется организмам, когда они поднимаются на более высокие уровни.
Структура потока энергии в пирамиде этого вида основана на принципах термодинамики. Этот закон конкретно говорит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она только превращается в другую форму.
Её задача — показать, что энергия переносится с более низких уровней с большим количеством энергии (производители) на более высокие (потребители) и преобразуется в биомассу.
Следовательно, можно сделать вывод, что организмы, обнаруженные на самых высоких уровнях более коротких пищевых цепей, несут большее количество энергии, чем те, которые обнаруживаются в более длинных.
В отличие от первых двух видов, энергетическая пирамида всегда изображена в вертикальном положении с самыми большими энергоносителями в основании. Её идея очень важна в контексте биологического увеличения, которое определяется как тенденция увеличения количества токсичных веществ по мере продвижения вверх по уровням.
Когда производство рассматривается с точки зрения энергии, пирамида указывает не только количество потока энергии на каждом уровне, но и, что более важно, фактическую роль, которую различные организмы играют в передаче энергии. Она также показывает, сколько энергии нужно, когда она течёт вверх, чтобы поддерживать следующий уровень.
Она строится в соответствии со скоростью, с которой пищевой материал проходит через пищевую цепь. Некоторые организмы могут иметь небольшую биомассу, но общая энергия, которую они ассимилируют и передают, может быть значительно больше, чем у организмов с гораздо большей биомассой.
Примером экологической пирамиды биомассы может служить следующее описание:
Концепция энергетической пирамиды помогает объяснить феномен биологического увеличения — склонность токсических веществ к постепенному увеличению концентрации с более высокими уровнями.
Некоторые ограничения
Хотя все три вида очень специфичны для аспекта экосистемы, которую они хотят описать, все они всё ещё имеют тенденцию не замечать важные аспекты. Некоторые из этих ограничений следующие:
- Эти виды применимы только в простых пищевых цепях, которые не обязательно встречаются в природе. Они также не учитывают возможное присутствие одного и того же вида на разных трофических уровнях.
- Более того, ни одна из трёх экологических пирамид не даёт представления о разнице времён года и климата.
- Другим организмам, таким как микроорганизмы и грибы, не отводится особой роли в пирамидах, несмотря на их жизненно важную роль в экосистемах.
- Они не учитывают один и тот же вид, принадлежащий двум или более трофическим уровням.
Более того, сапрофитам (растениям, грибам или микроорганизмам, живущим на разлагающихся веществах) не отводится места в пирамидах, даже если они играют жизненно важную роль в экосистеме.
ПредыдущаяСледующая
Раздел 2. Организация биосферы
И.Ф. Рассашко, О.В. Ковалева, А.В. Крук Общая экология Тексты лекций для студентов специальности 1-33 01 02 «Геоэкология». – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2010. – 252 с.
Лекция 8. Биоценозы, экосистемы, их структура и функционирование
8.3. Экологические пирамиды
Иерархическое (соподчиненное) распределение организмов по пищевым (трофическим) уровням можно отразить в виде пищевой (трофической) экологической пирамиды.
Экологическая пирамида – это соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистемах, выраженное в их численности, биомассе или энергии и изображенное в виде графических моделей (рисунок 8.6). Эффект пирамиды в виде таких моделей разработал Ч. Элтон (1927).
На графической модели каждый компонент выражен в виде прямоугольника, и модель имеет вид пирамиды, широким основанием повернутой к потоку энергии, идущему от Солнца. Этим широким основанием служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды.
Пирамида демонстрирует (отражает) основное правило, согласно которому в каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы, численности особей и запаса энергии.
Рисунок 8.6 – Экологическая пирамида численности для луга, поросшего злаками: цифры – число особей (по Н. И. Николайкину, 2004)
Поэтому в любой экосистеме больше, например, растений, чем животных, травоядных, чем плотоядных.
Различают 3 типа экологических пирамид: 1) пирамида чисел, отображающая распределение численности отдельных организмов; 2) пирамида биомассы, характеризующая общий сухой вес, калорийность или другую меру количества живого вещества; 3) пирамида энергии, показывающая величину потока энергии на последовательных трофических уровнях. Из трех типов экологических пирамид наиболее полное представление о функциональной организованности сообществ дает пирамида энергии.
Основное содержание жизни экосистем (биогеоценозов) составляет биологический круговорот веществ и энергии. Вместе с тем, абиотическая среда также во многом определяет особенности их структуры, биоразнообразие, приспособительные свойства организмов.
Например, возьмем биогеоценоз песчаной дюны, в которой характерными абиотическими факторами являются дефицит влаги, значительный перепад суточных и сезонных температур, интенсивная инсоляция, неустойчивость почвенного субстрата.
Комплекс этих факторов определяет специфику растительного и животного населения, которое представлено небольшим числом видов.
Так, есть здесь растения саксаул, верблюжья колючка, песчаная осока, первые два из них имеют длинный корень, способный извлекать воду с глубоких горизонтов (рисунок 8.7), третье – ассимилирует воду поверхностных слоев грунта.
Рисунок 8.7 – Верблюжья колючка
(по В. А. Радкевичу, 1997)
Таким образом, биоценоз, экосистема (биогеоценоз) – это особые формы организации жизни, имеющие структуру, представленную взаимосвязанными блоками, создающими их устойчивость.
Загрузка...
