pirámide ecológica es una representación gráfica de las pérdidas de energía en los circuitos de potencia.

Las cadenas alimentarias son cadenas estables de especies interconectadas que extraen secuencialmente materiales y energía de la fuente. sustancia alimenticia formado durante la evolución de los organismos vivos y la biosfera en su conjunto. Constituyen la estructura trófica de cualquier biocenosis, a través de la cual se lleva a cabo la transferencia de energía y el ciclado de sustancias. La cadena alimentaria consta de una serie de niveles tróficos, cuya secuencia corresponde al flujo de energía.

La principal fuente de energía en las cadenas alimentarias es la energía solar. Primero nivel trópico- productores (plantas verdes) - utilizan la energía solar en el proceso de fotosíntesis, creando la producción primaria de cualquier biocenosis. Al mismo tiempo, solo el 0,1% de la energía solar se utiliza en el proceso de fotosíntesis. La eficiencia con la que las plantas verdes asimilan la energía solar se estima por el valor de la productividad primaria. Más de la mitad de la energía asociada con la fotosíntesis es consumida inmediatamente por las plantas en el proceso de respiración, el resto de la energía se transfiere a lo largo de las cadenas alimenticias.

Al mismo tiempo, existe una importante regularidad asociada a la eficiencia del uso y conversión de energía en el proceso de nutrición. Su esencia es la siguiente: la cantidad de energía gastada en mantener la actividad vital propia en las cadenas alimentarias crece de un nivel trófico a otro, mientras que la productividad disminuye.

La fitobiomasa se utiliza como fuente de energía y material para crear la biomasa de los organismos del segundo

consumidores de nivel trófico de primer orden - herbívoros. Por lo general, la productividad del segundo nivel trófico no supera el 5 - 20% (10%) del nivel anterior. Esto se refleja en la proporción de biomasa vegetal y animal en el planeta. La cantidad de energía necesaria para asegurar la actividad vital del cuerpo aumenta con un aumento en el nivel organización morfofuncional. En consecuencia, se reduce la cantidad de biomasa creada en los niveles tróficos superiores.

Los ecosistemas son muy variables en las tasas relativas de creación y gasto tanto de la producción primaria neta como de la producción secundaria neta en cada nivel trófico. Sin embargo, todos los ecosistemas, sin excepción, se caracterizan por ciertas proporciones de producción primaria y secundaria. La cantidad de materia vegetal que sirve como base de la cadena alimentaria siempre es varias veces (alrededor de 10 veces) mayor que la masa total de los animales herbívoros, y la masa de cada eslabón posterior de la cadena alimentaria, en consecuencia, cambia proporcionalmente.

El declive progresivo de la energía asimilada en una serie de niveles tróficos se refleja en la estructura de las pirámides ecológicas.

Una disminución en la cantidad de energía disponible en cada nivel trófico posterior se acompaña de una disminución en la biomasa y el número de individuos. Las pirámides de biomasa y abundancia de organismos para una biocenosis dada se repiten en en términos generales configuración de la pirámide de productividad.

Gráficamente, la pirámide ecológica se representa como varios rectángulos de la misma altura pero de diferentes longitudes. La longitud del rectángulo disminuye de abajo hacia arriba, lo que corresponde a una disminución de la productividad en los niveles tróficos posteriores. El triángulo inferior es el de mayor longitud y corresponde al primer nivel trófico - productores, el segundo es aproximadamente 10 veces más pequeño y corresponde al segundo nivel trófico - animales herbívoros, consumidores de primer orden, etc.

Velocidad de creación materia orgánica no determina sus reservas totales, es decir, la masa total de organismos en cada nivel trófico. La biomasa disponible de productores y consumidores en ecosistemas específicos depende de cómo las tasas de acumulación de materia orgánica en un determinado nivel trófico y su transferencia a uno superior, es decir, se correlacionan entre sí. qué tan fuerte es el consumo de las reservas formadas. La velocidad de reproducción de las principales generaciones de productores y consumidores juega un papel importante.

En la mayoría de los ecosistemas terrestres, como ya se mencionó, también se aplica la regla de la biomasa, es decir, la masa total de las plantas resulta ser mayor que la biomasa de todos los herbívoros, y la masa de los herbívoros supera la masa de todos los depredadores.

Es necesario distinguir cuantitativamente entre productividad -es decir, el crecimiento anual de la vegetación- y biomasa. La diferencia entre la producción primaria de la biocenosis y la biomasa determina la extensión del pastoreo de la masa vegetal. Incluso para comunidades con predominio de formas herbáceas, cuya tasa de reproducción de biomasa es bastante alta, los animales utilizan hasta el 70% del crecimiento anual de las plantas.

En aquellas cadenas tróficas donde la transferencia de energía se realiza a través de conexiones “presa-depredador”, se suelen observar pirámides del número de individuos: numero total los individuos que participan en las cadenas alimentarias disminuyen con cada eslabón. Esto también se debe al hecho de que los depredadores, por regla general, son más grandes que sus víctimas. Una excepción a las reglas de la pirámide de números son los casos en que los pequeños depredadores viven en grupo cazando animales grandes.

Las tres reglas de la pirámide (productividad, biomasa y abundancia) expresan las relaciones energéticas en los ecosistemas. Al mismo tiempo, la pirámide de productividad tiene un carácter universal, mientras que las pirámides de biomasa y abundancia aparecen en comunidades con cierta estructura trófica.

El conocimiento de las leyes de la productividad de los ecosistemas, la capacidad de cuantificar el flujo de energía son de gran importancia práctica. La producción primaria de agrocenosis y la explotación humana de las comunidades naturales es la principal fuente de alimentación del ser humano. La producción secundaria de biocenosis, obtenidas de animales industriales y agrícolas, también es importante como fuente de proteína animal. El conocimiento de las leyes de distribución de la energía, los flujos de energía y materia en las biocenosis, las leyes de la productividad de las plantas y los animales, la comprensión de los límites de extracción permisible de la biomasa vegetal y animal de los sistemas naturales nos permiten construir correctamente las relaciones en la "sociedad". - sistema "naturaleza".

Las relaciones en las que unos organismos comen otros organismos o sus restos o secreciones (excrementos) se denominan trófico (trofe - nutrición, alimento, gr.). Al mismo tiempo, las relaciones nutricionales entre los miembros del ecosistema se expresan a través de cadenas tróficas (alimentarias) . Ejemplos de tales circuitos son:

Musgo musgo → venado → lobo (ecosistema de tundra);

Hierba → vaca → humano (ecosistema antropogénico);

algas microscópicas (fitoplancton) → chinches y dafnias (zooplancton) → cucarachas → lucios → gaviotas (ecosistema acuático).

Incidir en las cadenas alimentarias con el objetivo de optimizarlas y obtener más o mejores productos en calidad no siempre tiene éxito. Tan ampliamente conocido en la literatura es el ejemplo de la importación de vacas a Australia. Antes de esto, los pastos naturales fueron utilizados principalmente por canguros, cuyos excrementos fueron desarrollados y procesados con éxito por el escarabajo pelotero australiano. El escarabajo australiano no utilizó estiércol de vaca, por lo que comenzó la degradación gradual de los pastos. Para detener este proceso, el escarabajo pelotero europeo tuvo que ser llevado a Australia.

Las cadenas tróficas o alimentarias se pueden representar en la forma pirámides. El valor numérico de cada escalón de dicha pirámide se puede expresar por el número de individuos, su biomasa o la energía acumulada en ella.

De acuerdo con ley de la piramide de la energia R. Lindemann y regla del diez por ciento , aproximadamente el 10% (del 7 al 17%) de la energía o materia en términos energéticos pasa de cada etapa a la siguiente (Fig. 3.7). Tenga en cuenta que en cada nivel posterior, con una disminución en la cantidad de energía, aumenta su calidad, es decir la capacidad de hacer el trabajo de una unidad de biomasa animal es un número correspondiente de veces mayor que la misma biomasa vegetal.

Un excelente ejemplo es una cadena alimenticia del mar abierto, representada por el plancton y las ballenas. La masa de plancton se encuentra dispersa en el agua del océano y, si la bioproductividad del mar abierto es inferior a 0,5 g/m2 día-1, la cantidad de energía potencial en metro cúbico el agua del océano es infinitamente pequeña en comparación con la energía de una ballena, cuya masa puede alcanzar varios cientos de toneladas. Como sabes, el aceite de ballena es un producto alto en calorías que incluso se utilizó para la iluminación.

Figura 3.7. Pirámide de transferencia de energía a lo largo de la cadena alimentaria (según Y. Odum)

En la destrucción de la materia orgánica también se observa una secuencia correspondiente: por ejemplo, alrededor del 90 % de la energía de la producción primaria pura es liberada por microorganismos y hongos, menos del 10 % por los invertebrados y menos del 1 % por los vertebrados, que son cosumos finales. De acuerdo con el último dígito, regla del uno por ciento : para la estabilidad de la biosfera en su conjunto, la parte del consumo final posible de la producción primaria neta en términos de energía no debe exceder el 1 %.

Partiendo de la cadena alimentaria como base del funcionamiento del ecosistema, también es posible explicar los casos de acumulación en los tejidos de determinadas sustancias (por ejemplo, los venenos sintéticos), que a medida que avanzan en la cadena trófica, no no participar en el metabolismo normal de los organismos. De acuerdo a reglas de amplificación biológica hay un aumento de aproximadamente diez veces en la concentración del contaminante cuando se mueve a un nivel superior de la pirámide ecológica.

En particular, un aumento aparentemente insignificante en el contenido de radionucleidos en el agua del río en el primer nivel de la cadena trófica es asimilado por los microorganismos y el plancton, luego se concentra en los tejidos de los peces y alcanza valores máximos en las gaviotas. Sus huevos tienen un nivel de radionúclidos 5000 veces mayor que la contaminación de fondo.

La composición de especies de los organismos generalmente se estudia al nivel poblaciones .

Recuérdese que una población es un conjunto de individuos de la misma especie que habitan un mismo territorio, tienen un acervo genético común y la capacidad de cruzarse libremente. En general, una u otra población puede estar dentro de un determinado ecosistema, pero también puede extenderse más allá de las fronteras. Por ejemplo, la población de la marmota de cabeza negra de la cresta Tuora-Sis, que figura en el Libro Rojo, es conocida y protegida. Esta población no se limita a este rango, sino que también se extiende más al sur hasta las montañas Verkhoyansk en Yakutia.

El medio ambiente en el que la especie en estudio normalmente se encuentra se llama su hábitat.

Por regla general, un nicho ecológico está ocupado por una especie o su población. Con los mismos requisitos para ambiente y recursos alimenticios, dos especies invariablemente entran en una lucha competitiva, que por lo general termina en el desplazamiento de una de ellas. Esta situación se conoce en ecología de sistemas como principio GF gasa , que establece que dos especies no pueden existir en la misma localidad si sus necesidades ecológicas son idénticas, es decir si ocupan el mismo nicho. En consecuencia, se denomina comunidad (cenosis) al sistema de poblaciones que interactúan, diferenciadas por nichos ecológicos, complementándose entre sí en mayor medida que compitiendo entre sí por el uso del espacio, el tiempo y los recursos.

El oso polar no puede vivir en los ecosistemas de taiga, al igual que el oso pardo en las regiones polares.

La especiación es siempre adaptativa, por lo que Axioma de Ch. Darwin cada especie está adaptada a un conjunto estrictamente definido de condiciones de existencia específicas para ella. Al mismo tiempo, los organismos se reproducen con una intensidad que proporciona el máximo número posible de ellos ( regla de máxima "presión de vida"" ).

Por ejemplo, los organismos del plancton oceánico cubren con bastante rapidez un área de miles de kilómetros cuadrados en forma de película. V.I.Vernadsky calculó que la velocidad de avance de una bacteria Fisher con un tamaño de 10-12 cm3 por reproducción en línea recta sería igual a unos 397.200 m/h - ¡la velocidad de un avión! Sin embargo, la reproducción excesiva de organismos está limitada por factores limitantes y se correlaciona con la cantidad de recursos alimenticios de su hábitat.

Cuando las especies desaparecen, principalmente compuestas por grandes individuos, como resultado, la estructura material-energética de las calificaciones cambia. Si el flujo de energía que pasa por el ecosistema no cambia, entonces los mecanismos duplicación ecológica según el principio: una especie en peligro de extinción o destruida dentro de un nivel de la pirámide ecológica reemplaza a otra funcional-cenótica similar. El reemplazo de una especie sigue el esquema: una pequeña reemplaza a una grande, evolutivamente menos organizada, más altamente organizada, más lábil genéticamente, menos variable genéticamente. Porque nicho ecológico no puede estar vacío en la biocenosis, entonces se produce necesariamente la duplicación ecológica.

Un cambio sucesivo de biocenosis, surgiendo sucesivamente en un mismo territorio bajo la influencia de factores naturales o el impacto humano se llama sucesión (sucesión - continuidad, lat.). Por ejemplo, después de un incendio forestal, durante muchos años el área quemada se puebla primero con pastos, luego con arbustos, luego con árboles de hoja caduca y finalmente con bosques de coníferas. En este caso, las sucesivas comunidades que se reemplazan entre sí se denominan series o etapas. resultado final la sucesión será el estado de un ecosistema estabilizado - menopausia (clímax - escaleras, "paso maduro", gr.).

Una sucesión que comienza en un área previamente desocupada se llama primario . Estos incluyen asentamientos de líquenes sobre piedras, que luego reemplazarán a musgos, pastos y arbustos (Fig. 3.8). Si una comunidad se desarrolla en el sitio de una ya existente (por ejemplo, después de un incendio o un desarraigo, un estanque o dispositivo de reservorio), entonces hablan de secundario sucesiones Por supuesto, las tasas de sucesión variarán. Las sucesiones primarias pueden tardar cientos o miles de años, mientras que las sucesiones secundarias son más rápidas.

Todas las poblaciones de productores, consumidores y heterótrofos interactúan estrechamente a través de cadenas tróficas y, por lo tanto, mantienen la estructura e integridad de las biocenosis, coordinan los flujos de energía y sustancias y determinan la regulación de su entorno. Todo el conjunto de cuerpos de organismos vivos que habitan la Tierra es física y químicamente uno, independientemente de su afiliación sistemática, y se denomina materia viva ( la ley de la unidad físico-química de la materia viva por VI Vernadsky). La masa de materia viva es relativamente pequeña y se estima en 2,4-3,6 * 1012 toneladas (en peso seco). Si se distribuye por toda la superficie del planeta, se obtiene una capa de apenas un centímetro y medio. Según VI Vernadsky, esta "película de vida", que tiene menos de 10-6 masas de otras capas de la Tierra, es "una de las fuerzas geoquímicas más poderosas de nuestro planeta".

La estructura trófica de un ecosistema se puede representar gráficamente como una pirámide ecológica, que se basa en el primer nivel. Estas pirámides reflejan las leyes de la biomasa y el gasto de energía en las cadenas alimentarias. El valor numérico de cada escalón de dicha pirámide se puede expresar por el número de individuos, su biomasa o la energía acumulada en ella.

Las redes alimentarias que emergen en un ecosistema tienen una estructura que se caracteriza por un cierto número de organismos en cada nivel trófico. Se nota que el número de organismos disminuye en proporción directa al pasar de un nivel trófico a otro. Este patrón se llama "Regla de la Pirámide Ecológica". EN este caso consideró pirámide de números . Se puede romper si viven pequeños depredadores debido a la caza grupal de animales grandes.

Cada nivel trófico tiene su propio biomasa - la masa total de organismos de cualquier grupo. En las cadenas alimentarias, la biomasa de los organismos en diferentes niveles tróficos es diferente: la biomasa de los productores (el primer nivel trófico) es mucho más alta que la biomasa de los consumidores: animales herbívoros (el segundo nivel trófico). La biomasa de cada uno de los niveles tróficos posteriores de la cadena alimentaria también disminuye progresivamente. Este patrón ha sido nombrado pirámides de biomasa .

Se puede identificar un patrón similar cuando se considera la transferencia de energía a través de los niveles tróficos, es decir, en pirámide de energía (producción ) . La cantidad de energía gastada en mantener la actividad vital propia en la cadena de niveles tróficos está creciendo, mientras que la productividad está cayendo. Las plantas absorben solo una pequeña parte de la energía solar durante la fotosíntesis. Los animales herbívoros, que constituyen el segundo nivel trófico, asimilan solo una parte determinada (20-60%) del alimento absorbido. Los alimentos digeridos se utilizan para apoyar los procesos vitales de los organismos animales y el crecimiento (por ejemplo, para construir tejidos, reservas en forma de depósito de grasa).

Los organismos del tercer nivel trófico (animales carnívoros) al comer animales herbívoros nuevamente pierden la mayor parte de la energía contenida en los alimentos. La cantidad de energía en los niveles tróficos subsiguientes vuelve a disminuir progresivamente. El resultado de estas pérdidas de energía es un pequeño número (de tres a cinco) de niveles tróficos en la cadena alimentaria.

La energía perdida en las cadenas de suministro solo puede reponerse mediante el suministro de nuevas porciones de la misma. Por lo tanto, en un ecosistema no puede haber un ciclo de energía, similar al ciclo de las sustancias. Los ecosistemas son sistemas abiertos que necesitan una afluencia de energía solar o reservas preparadas de materia orgánica, por lo tanto. La transferencia de energía en los ecosistemas se produce de acuerdo con las leyes de la termodinámica:

1. La energía puede cambiar de una forma a otra, pero nunca se vuelve a crear o desaparece.

2. No puede haber un solo proceso asociado con la transformación de la energía sin perder parte de ella en forma de calor, es decir, no hay conversiones de energía con 100% de eficiencia.

Se estima que solo alrededor del 10% de la energía se transfiere de un nivel trófico a otro. Este patrón ha sido nombrado regla del diez por ciento.

De este modo, La mayoría de la energía en la cadena de suministro de energía se pierde al pasar de un nivel a otro. El siguiente eslabón de la cadena alimenticia recibe solo la energía contenida en la masa del eslabón comido anterior. Las pérdidas de energía son alrededor del 90% con cada transición a través de la cadena alimentaria. Por ejemplo, si la energía de un organismo vegetal es de 1000 J, entonces cuando un herbívoro lo come por completo, solo se asimilan 100 J en el cuerpo de este último, 10 J en el cuerpo de un depredador, y si este depredador es comido por otro, entonces solo 1 J de energía es asimilado en su cuerpo, entonces hay 0.1%.

Como resultado, la energía acumulada por las plantas verdes en las cadenas alimenticias se está agotando rápidamente. Por lo tanto, la cadena alimentaria no puede incluir más de 4 o 5 eslabones. La energía perdida en las cadenas de suministro solo puede reponerse mediante la recepción de nuevas porciones de la misma. En los ecosistemas no puede haber ciclo de energía, como el ciclo de las sustancias. La vida y el funcionamiento de cualquier sistema ecológico solo es posible con un flujo de energía unidireccional en forma de radiación solar o con una afluencia de materia orgánica preparada.

Así, la pirámide de números refleja el número de individuos en cada eslabón de la cadena alimentaria. La pirámide de biomasa refleja la cantidad de materia orgánica formada en cada eslabón, su biomasa. La pirámide de energía muestra la cantidad de energía en cada nivel trófico.

Una disminución en la cantidad de energía disponible en cada nivel trófico posterior se acompaña de una disminución en la biomasa y el número de individuos. Las pirámides de biomasa y abundancia de organismos para una determinada biocenosis repiten en términos generales la configuración de la pirámide de productividad.

Las tres reglas de la pirámide -productividad, biomasa y abundancia- expresan las relaciones energéticas en los ecosistemas. Al mismo tiempo, la pirámide de productividad tiene un carácter universal, mientras que las pirámides de biomasa y abundancia aparecen en comunidades con cierta estructura trófica.

Se puede representar gráficamente, en forma de las llamadas pirámides ecológicas. La base de la pirámide es el nivel de productores, y los niveles subsiguientes de nutrición forman los pisos y la parte superior de la pirámide. Hay tres tipos principales de pirámides ecológicas:

Una pirámide de números que refleja el número de organismos en cada nivel;
Pirámide de biomasaque caracteriza la masa de materia viva: peso seco total, contenido calórico, etc.;
Pirámide de producción (energía), que tiene carácter universal, mostrando el cambio en la producción primaria (o energía) en los sucesivos niveles tróficos.

Común pirámides de números para los pastos las cadenas tienen una base muy amplia y un fuerte estrechamiento hacia los consumidores finales. Al mismo tiempo, el número de "pasos" difiere en al menos 1-3 órdenes de magnitud. Pero esto es cierto solo para las comunidades de pastos: biocenosis de pradera o estepa.

La imagen cambia drásticamente si consideramos la comunidad forestal (miles de fitófagos pueden alimentarse de un árbol) o si fitófagos tan diferentes como los pulgones y los elefantes se encuentran en el mismo nivel trófico. Esta distorsión se puede superar con pirámides de biomasa.

En los ecosistemas terrestres, la biomasa vegetal siempre es significativamente mayor que la biomasa animal, y la biomasa fitófaga es siempre mayor que la biomasa zoófaga.

Las pirámides de biomasa para ecosistemas acuáticos, especialmente marinos, tienen un aspecto diferente: la biomasa animal suele ser mucho mayor que la biomasa vegetal. Esta "irregularidad" se debe a que las pirámides de biomasa no tienen en cuenta la duración de la existencia de generaciones de individuos en los diferentes niveles tróficos, la tasa de formación y consumo de biomasa. El principal productor de los ecosistemas marinos es el fitoplancton, que tiene un gran potencial reproductivo y un rápido relevo generacional. Durante el tiempo que los peces depredadores (especialmente las morsas y las ballenas) acumulan su biomasa, cambiarán muchas generaciones de fitoplancton, cuya biomasa total es mucho mayor. Por eso la forma universal de expresar la estructura trófica de los ecosistemas son las pirámides de las tasas de formación de la materia viva, es decir, las pirámides de energías.

Un reflejo más perfecto de la influencia de las relaciones tróficas en un ecosistema es la regla pirámides de productos (energía): en cada nivel trófico anterior, la cantidad de biomasa creada por unidad de tiempo (o energía) es mayor que en el siguiente. La pirámide de productos refleja las leyes del gasto energético en las cadenas tróficas.

En última instancia, las tres reglas de las pirámides reflejan las relaciones energéticas en el ecosistema, y la pirámide de producción (energía) tiene un carácter universal.

En la naturaleza, en sistemas estables, la biomasa cambia de manera insignificante; la naturaleza tiende a utilizar plenamente la producción bruta. El conocimiento de la energía del ecosistema y sus indicadores cuantitativos permiten tener en cuenta con precisión la posibilidad de retiro de ecosistema natural de tal o cual cantidad de biomasa vegetal y animal sin menoscabar su productividad.

Una persona recibe muchos productos de sistemas naturales, sin embargo, la principal fuente de alimento para él es Agricultura. Habiendo creado agroecosistemas, una persona busca obtener la mayor producción de vegetación pura posible, pero necesita gastar la mitad de la masa vegetal en la alimentación de herbívoros, pájaros, etc., una parte significativa de la producción se destina a la industria y se pierde en los desechos. , es decir. y aquí se pierde alrededor del 90% de la producción pura y solo alrededor del 10% se utiliza directamente para el consumo humano.

Uno de los tipos de relaciones entre organismos en los ecosistemas son las relaciones tróficas. Muestran cómo la energía se mueve a través de las cadenas alimenticias en los ecosistemas. Un modelo que demuestra el cambio en la cantidad de energía en los eslabones de las cadenas alimentarias es la pirámide ecológica.

La estructura de la pirámide.

La pirámide es un modelo gráfico. Su imagen se divide en niveles horizontales. El número de niveles corresponde al número de eslabones en las cadenas alimentarias.

Todas las cadenas alimentarias comienzan con los productores: organismos autótrofos que forman sustancias orgánicas. La totalidad de los autótrofos del ecosistema es lo que está en la base de la pirámide ecológica.

Arroz. 1. Pirámide ecológica de población

Por lo general, la pirámide alimenticia contiene de 3 a 5 niveles.

Los últimos eslabones de la cadena alimentaria son siempre los grandes depredadores o los humanos. Así, el número de individuos y la biomasa en el último nivel de la pirámide son los más bajos.

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La esencia de la pirámide ecológica está en la imagen de una disminución progresiva de la biomasa en las cadenas alimentarias.

Modelo de condicionalidad

Debe entenderse que el modelo muestra la realidad de forma generalizada. Todo es más difícil en la vida. Cualquier organismo grande, incluidos los humanos, se puede comer y su energía se utilizará en la pirámide ecológica de forma atípica.

Parte de la biomasa de un ecosistema siempre corresponde a los descomponedores, organismos que descomponen la materia orgánica muerta. Los consumidores comen los reductores, lo que devuelve parcialmente la energía al ecosistema.

Los animales omnívoros como el oso pardo actúan tanto como consumidores de primer orden (come plantas), como descomponedores (come carroña), y como grandes depredadores.

Tipos

Dependiendo de qué característica cuantitativa se utilizan niveles, Hay tres tipos de pirámides ecológicas:

números;
biomasa;
energía.

regla del 10%

Según cálculos ecologistas, el 10% de la biomasa o energía del nivel anterior va a cada nivel posterior de la pirámide ecológica. El 90% restante se gasta en los procesos vitales de los organismos y se disipa en forma de radiación térmica.

Este patrón se llama la regla de la pirámide ecológica de energía y biomasa.

Considere ejemplos. Aproximadamente 100 kg de peso corporal de herbívoros se forman a partir de una tonelada de plantas verdes. Cuando los herbívoros son consumidos por pequeños depredadores, su peso aumenta en 10 kg. Si los depredadores pequeños son devorados por los grandes, el peso corporal de estos últimos aumenta en 1 kg.

Arroz. 2. Pirámide ecológica de la biomasa

Cadena alimentaria: fitoplancton - zooplancton - peces pequeños - gran pez- Humano. Ya hay 5 niveles aquí, y para que la masa de una persona aumente en 1 kg, es necesario que haya 10 toneladas de fitoplancton en el primer nivel.

Arroz. 3. Pirámide ecológica de energía

Beneficios de Apex

Las especies en la cima de la pirámide ecológica tienen muchas más probabilidades de evolucionar. En la antigüedad, eran los animales que ocupaban el nivel más alto en las relaciones tróficas las que se desarrollaban más rápido.

En el Mesozoico, los mamíferos ocuparon los niveles medios de la pirámide ecológica y fueron activamente exterminados por reptiles depredadores. Fue solo gracias a la extinción de los dinosaurios que pudieron ascender al nivel más alto y tomar una posición dominante en todos los ecosistemas.

Regla de Lindemann (10%)

El flujo continuo de energía, que pasa a través de los niveles tróficos de la biocenosis, se extingue gradualmente. En 1942, R. Lindemann formuló la ley de la pirámide de las energías, o ley (regla) del 10%, según la cual de un nivel trófico de la pirámide ecológica se pasa a otro nivel superior (a lo largo de la "escalera": productor - consumidor - descomponedor) en promedio alrededor del 10% de la energía recibida en el nivel anterior de la pirámide ecológica. El flujo inverso asociado con el consumo de sustancias y la energía producida por el nivel superior de la pirámide ecológica de energía por sus niveles inferiores, por ejemplo, de animales a plantas, es mucho más débil: no más del 0,5% (incluso 0,25%). de su flujo total, y por lo tanto podemos decir que el ciclo de la energía en la biocenosis no es necesario.

Si la energía se pierde diez veces durante la transición a un nivel superior de la pirámide ecológica, entonces la acumulación de una serie de sustancias, incluidas las tóxicas y radiactivas, aumenta aproximadamente en la misma proporción. Este hecho está fijado en la regla de amplificación biológica. Es cierto para todas las cenosis. En las biocenosis acuáticas, la acumulación de muchas sustancias tóxicas, incluidos los pesticidas organoclorados, se correlaciona con la masa de grasas (lípidos), es decir, claramente tiene un fondo de energía.

Pirámides ecológicas

Para ilustrar la relación entre los organismos. varios tipos en la biocenosis se acostumbra utilizar pirámides ecológicas, distinguiendo entre las pirámides de abundancia, biomasa y energía.

Entre las pirámides ecológicas, las más famosas y utilizadas con frecuencia son:

§ Pirámide de números

§ Pirámide de biomasa

Pirámide de números. Para construir una pirámide de abundancia se cuenta el número de organismos en un determinado territorio, agrupándolos según niveles tróficos:

§ productores - plantas verdes;

§ consumidores primarios - herbívoros;

§ consumidores secundarios - carnívoros;

§ consumidores terciarios - carnívoros;

§ consumidores ha-e ("depredadores finales") - carnívoros;

§ descomponedores - destructores.

Cada nivel se representa convencionalmente como un rectángulo, cuya longitud o área corresponde al valor numérico del número de individuos. Al colocar estos rectángulos en una secuencia subordinada, obtienen una pirámide ecológica de abundancia (Fig. 3), cuyo principio básico fue formulado por primera vez por el ecólogo estadounidense Ch. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Proc. para universidades / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3ª ed., estereotipo. - M.: Avutarda, 2004..

Arroz. Fig. 3. Pirámide ecológica de abundancia para un prado cubierto de cereales: números - número de individuos

Los datos de las pirámides de población se obtienen fácilmente mediante muestreo directo, pero existen algunas dificultades:

§ Los productores varían mucho en tamaño, aunque un cereal o alga tiene el mismo estatus que un árbol. Esto a veces viola la forma piramidal correcta, a veces incluso dando pirámides invertidas (Fig. 4) Ibíd.;

Arroz.

§ el rango de abundancia de diferentes especies es tan amplio que imagen grafica hace que sea difícil de escalar, pero en tales casos se puede utilizar una escala logarítmica.

Pirámide de biomasa. La pirámide ecológica de la biomasa se construye de manera similar a la pirámide de la abundancia. Su significado principal es mostrar la cantidad de materia viva (biomasa, la masa total de organismos) en cada nivel trófico. Esto evita los inconvenientes típicos de las pirámides de población. En este caso, el tamaño de los rectángulos es proporcional a la masa de materia viva del nivel correspondiente, por unidad de área o volumen (Fig. 5, a, b) Nikolaykin N. I. Ecología: Proc. para universidades / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3ª ed., estereotipo. - M.: Bustard, 2004.. El término "pirámide de biomasa" surge debido a que en la gran mayoría de los casos la masa de consumidores primarios que viven a expensas de los productores es mucho menor que la masa de estos productores, y la masa de consumidores secundarios es mucho menor que la masa de consumidores primarios. Es costumbre mostrar la biomasa de los destructores por separado.

Arroz. Fig. 5. Pirámides de biomasa de biocenosis del arrecife de coral (a) y el Canal de la Mancha (b): números - biomasa en gramos de materia seca por 1 m 2

El muestreo determina la biomasa en pie o el rendimiento en pie (es decir, en un momento determinado), que no contiene ninguna información sobre la tasa de producción o consumo de biomasa.

La tasa de creación de materia orgánica no determina sus reservas totales, es decir, la biomasa total de todos los organismos en cada nivel trófico. Por lo tanto, pueden ocurrir errores en análisis posteriores si no se tiene en cuenta lo siguiente:

* En primer lugar, si la tasa de consumo de biomasa (pérdida por comer) y la tasa de su formación son iguales, la cosecha en pie no indica productividad, es decir, sobre la cantidad de energía y materia que pasa de un nivel trófico a otro, superior, durante un determinado período de tiempo (por ejemplo, durante un año). Entonces, en un pasto fértil, de uso intensivo, el rendimiento de pastos en la vid puede ser menor, y la productividad es mayor que en un pasto menos fértil, pero poco usado para pastoreo;

* en segundo lugar, los pequeños productores, como las algas, se caracterizan por una alta tasa de crecimiento y reproducción, compensada por su consumo intensivo por otros organismos y la muerte natural. Por tanto, su productividad no puede ser inferior a la de los grandes productores (por ejemplo, árboles), aunque la biomasa en la vid puede ser pequeña. En otras palabras, el fitoplancton con la misma productividad que un árbol tendrá una biomasa mucho menor, aunque podría sustentar la vida de animales de la misma masa.

Una de las consecuencias de lo descrito son las "pirámides invertidas" (Fig. 3, b). El zooplancton de las biocenosis de lagos y mares a menudo tiene una biomasa mayor que su alimento: el fitoplancton, sin embargo, la tasa de reproducción de las algas verdes es tan alta que durante el día restauran toda la biomasa consumida por el zooplancton. No obstante, en determinadas épocas del año (durante la floración primaveral), se observa la relación habitual de sus biomasas (Fig. 6) Nikolaikin NI Ecología: Proc. para universidades / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3ª ed., estereotipo. - M.: Avutarda, 2004..

Arroz. Fig. 6. Cambios estacionales en las pirámides de biomasa del lago (en el ejemplo de uno de los lagos italianos): números - biomasa en gramos de materia seca por 1 m 3

Las aparentes anomalías están desprovistas de pirámides de energías, que se consideran a continuación.

Pirámide de energía. La forma más fundamental de reflejar las relaciones entre organismos de diferentes niveles tróficos y la organización funcional de las biocenosis es la pirámide energética, en la que el tamaño de los rectángulos es proporcional a la energía equivalente por unidad de tiempo, es decir la cantidad de energía (por unidad de área o volumen) que ha pasado a través de un cierto nivel trófico durante el período aceptado (Fig. 7) Ibíd. Se puede agregar razonablemente un rectángulo más desde abajo a la base de la pirámide de energía, reflejando el flujo de energía solar.

La pirámide de energías refleja la dinámica del paso de una masa de alimento a través de la cadena alimentaria (trófica), lo que la distingue fundamentalmente de las pirámides de abundancia y biomasa, que reflejan la estática del sistema (el número de organismos en un momento). La forma de esta pirámide no se ve afectada por los cambios en el tamaño y la intensidad del metabolismo de los individuos. Si se tienen en cuenta todas las fuentes de energía, la pirámide siempre tendrá una forma típica (en forma de pirámide con la parte superior hacia arriba), de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica.

Arroz. 7. Pirámide de energía: números - la cantidad de energía, kJ * m -2 * r -1

Las pirámides de energía permiten no solo comparar diferentes biocenosis, sino también identificar la importancia relativa de las poblaciones dentro de una misma comunidad. Son las más útiles de los tres tipos de pirámides ecológicas, pero los datos para construirlas son los más difíciles de obtener.

Uno de los ejemplos más exitosos e ilustrativos de pirámides ecológicas clásicas son las pirámides representadas en la Fig. 8 Nikolaikin N. I. Ecología: Proc. para universidades / N. I. Nikolaykin, N. E. Nikolaykina, O. P. Melekhova. - 3ª ed., estereotipo. - M.: Bustard, 2004.. Ilustran la biocenosis condicional propuesta por el ecólogo estadounidense Y. Odum. La "biocenosis" consiste en un niño que come solo ternera y terneros que comen solo alfalfa.

Arroz.

regla 1% Ecología. Curso de conferencias. Compilado por: Candidato a Ciencias Técnicas, Profesor Asociado Tikhonov AI, 2002. Los puntos de Pasteur, así como la ley de la pirámide de energías de R. Lindemann, dieron lugar a la formulación de las reglas del uno y diez por ciento. Por supuesto, 1 y 10 son números aproximados: aproximadamente 1 y aproximadamente 10.

"Número mágico" El 1% surge de la relación entre las posibilidades de consumo de energía y las "capacidades" necesarias para estabilizar el medio ambiente. Para la biosfera, la parte del consumo posible de la producción primaria total no supera el 1 % (que también se deriva de la ley de R. Lindemann: alrededor del 1 % de la producción primaria neta en términos de energía es consumida por los vertebrados como consumidores de órdenes superiores, alrededor del 10 % % por invertebrados como consumidores de órdenes inferiores y el resto son bacterias y hongos saprófagos). Tan pronto como la humanidad, al borde del pasado y de nuestros siglos, comenzó a utilizar una mayor cantidad de producción de biosfera (ahora al menos el 10 %), el principio de Le Chatelier-Brown dejó de cumplirse (aparentemente, de alrededor del 0,5 % de la energía total de la biosfera): la vegetación no dio un crecimiento de biomasa acorde con el aumento de la concentración de CO 2 , etc. (Solo en el último siglo se observó un aumento en la cantidad de carbono fijado por las plantas).

Empíricamente, se reconoce bastante el umbral de consumo del 5 al 10% de la cantidad de una sustancia que, al atravesarla, provoca cambios notables en los sistemas de la naturaleza. Fue adoptado principalmente en un nivel empírico-intuitivo, sin distinguir entre las formas y la naturaleza del control en estos sistemas. Aproximadamente, es posible dividir las transiciones emergentes para sistemas naturales con control de tipo organísmico y consorciado, por un lado, y sistemas de población, por el otro. Para los primeros, las cantidades que nos interesan son el umbral para salir del estado estacionario hasta el 1% del flujo de energía (la "norma" de consumo) y el umbral de autodestrucción - alrededor del 10% de esta "norma". Para los sistemas de población, exceder en promedio el 10% del volumen de extracción conduce a la salida de estos sistemas del estado estacionario.