Piramida ecologică este o reprezentare grafică a pierderilor de energie în circuitele de putere.

Lanțurile trofice sunt lanțuri stabile de specii interconectate care extrag secvenţial materiale și energie din sursă nutrient, format în timpul evoluției organismelor vii și a biosferei în ansamblu. Ele constituie structura trofică a oricărei biocenoze, prin care se realizează transferul de energie și ciclurile de substanțe. Un lanț trofic constă dintr-un număr de niveluri trofice, a căror secvență corespunde fluxului de energie.

Sursa primară de energie în circuitele de alimentare este energia solară. Primul nivel trofic - producătorii (plantele verzi) - folosesc energia solară în procesul de fotosinteză, creând producția primară a oricărei biocenoze. Cu toate acestea, doar 0,1% din energia solară este utilizată în procesul de fotosinteză. Eficiența cu care plantele verzi asimilează energia solară se evaluează prin valoarea productivității primare. Mai mult de jumătate din energia asociată cu fotosinteza este imediat consumată de plante în timpul respirației; restul energiei este transferată mai departe de-a lungul lanțurilor trofice.

În acest caz, există un model important asociat cu eficiența utilizării și conversia energiei în procesul de nutriție. Esența sa este următoarea: cantitatea de energie cheltuită pentru menținerea propriilor funcții vitale în lanțurile trofice crește de la un nivel trofic la altul, iar productivitatea scade.

Fitobiomasa este folosită ca sursă de energie și material pentru a crea biomasă de organisme de ordinul doi

nivelul trofic al consumatorilor de ordinul întâi – ierbivore. De obicei, productivitatea celui de-al doilea nivel trofic nu este mai mare de 5 - 20% (10%) din nivelul anterior. Acest lucru se reflectă în raportul dintre biomasa vegetală și animală de pe planetă. Cantitatea de energie necesară pentru a asigura funcțiile vitale ale corpului crește odată cu creșterea nivelurilor organizarea morfofuncțională. În consecință, cantitatea de biomasă creată la niveluri trofice superioare scade.

Ecosistemele sunt foarte variabile în ceea ce privește ratele relative de creare și consum atât a producției primare nete, cât și a producției secundare nete la fiecare nivel trofic. Cu toate acestea, toate ecosistemele, fără excepție, sunt caracterizate de anumite rapoarte de producție primară și secundară. Cantitatea de materie vegetală care servește ca bază a lanțului trofic este întotdeauna de câteva ori (de aproximativ 10 ori) mai mare decât masa totală a animalelor erbivore, iar masa fiecărei verigi ulterioare din lanțul trofic se modifică proporțional în mod corespunzător.

Scăderea progresivă a energiei asimilate într-un număr de niveluri trofice se reflectă în structura piramidelor ecologice.

O scădere a cantității de energie disponibilă la fiecare nivel trofic ulterior este însoțită de o scădere a biomasei și a numărului de indivizi. Piramidele de biomasă și numărul de organisme pentru o anumită biocenoză sunt repetate în schiță generală configurația piramidei de productivitate.

Grafic, piramida ecologică este reprezentată ca mai multe dreptunghiuri de aceeași înălțime, dar lungimi diferite. Lungimea dreptunghiului scade de la jos la sus, corespunzând unei scăderi a productivității la nivelurile trofice ulterioare. Triunghiul inferior este cel mai mare ca lungime și corespunde primului nivel trofic - producători, al doilea este de aproximativ 10 ori mai mic și corespunde celui de-al doilea nivel trofic - ierbivore, consumatori de ordinul întâi etc.

Viteza de creare materie organică nu determină rezervele sale totale, adică masa totală a organismelor la fiecare nivel trofic. Biomasa disponibilă a producătorilor și consumatorilor din ecosisteme specifice depinde de relația dintre ratele de acumulare a materiei organice la un anumit nivel trofic și transferul acesteia la un nivel superior, adică. Cât de grav este consumul rezervelor formate? Un rol important îl joacă aici viteza de reproducere a principalelor generații de producători și consumatori.

În majoritatea ecosistemelor terestre, așa cum sa menționat deja, se aplică și regula biomasei, adică. masa totală a plantelor se dovedește a fi mai mare decât biomasa tuturor ierbivorelor, iar masa ierbivorelor depășește masa tuturor prădătorilor.

Este necesar să se facă distincția cantitativă între productivitate, și anume creșterea anuală a vegetației, și biomasă. Diferența dintre producția primară de biocenoză și biomasă determină scara pășunatului masei plantelor. Chiar și pentru comunitățile cu predominanța formelor erbacee, în care rata de reproducere a biomasei este destul de mare, animalele folosesc până la 70% din creșterea anuală a plantelor.

În acele lanțuri trofice în care transferul de energie se realizează prin conexiuni „prădător-pradă”, se observă adesea piramide ale numărului de indivizi: numărul total numărul persoanelor care participă la lanțurile trofice scade cu fiecare verigă. Acest lucru se datorează și faptului că prădătorii sunt de obicei mai mari decât prada lor. O excepție de la regulile piramidei populației este atunci când micii prădători trăiesc vânând în grup animale mari.

Toate cele trei reguli ale piramidei - productivitate, biomasă și abundență - exprimă relații energetice în ecosisteme. În același timp, piramida productivității are un caracter universal, iar piramidele biomasei și abundenței apar în comunitățile cu o anumită structură trofică.

Cunoașterea legilor productivității ecosistemului și capacitatea de a cuantifica fluxul de energie sunt de mare importanță practică. Producția primară de agrocenoze și exploatarea umană a comunităților naturale este principala sursă de hrană pentru oameni. Produsele secundare ale biocenozelor obținute de la animalele industriale și de fermă sunt, de asemenea, importante ca sursă de proteine animale. Cunoașterea legilor distribuției energiei, a fluxurilor de energie și materie în biocenoze, a modelelor de productivitate a plantelor și animalelor, înțelegerea limitelor îndepărtării permise a biomasei vegetale și animale din sistemele naturale ne permite să construim corect relații în „societate - natură. ” sistem.

Relațiile în care unele organisme mănâncă alte organisme sau rămășițele sau excrețiile lor (excremente) se numesc trofic (trofeu - nutriție, alimentație, gr.). În același timp, relațiile alimentare dintre membrii ecosistemului sunt exprimate prin lanțuri trofice (alimentare). . Exemple de astfel de circuite includ:

· muşchi → căprioară → lup (ecosistem tundră);

· iarbă → vaca → om (ecosistem antropic);

· alge microscopice (fitoplancton) → gândaci și dafnii (zooplancton) → gândac → știucă → pescăruși (ecosistem acvatic).

Influențarea lanțurilor alimentare pentru a le optimiza și a obține produse de mai multe sau mai bune calitate nu are întotdeauna succes. Exemplul importului de vaci în Australia este larg cunoscut din literatură. Înainte de aceasta, pășunile naturale erau folosite în principal de canguri, ale căror excremente au fost stăpânite și prelucrate cu succes de gândacul australian. Gândacul australian nu a digerat excrementele de vacă, ducând la degradarea treptată a pășunilor. Pentru a opri acest proces, gândacul european de bălegar a trebuit să fie adus în Australia.

Lanțurile trofice sau trofice pot fi prezentate sub formă piramide. Valoarea numerică a fiecărei etape a unei astfel de piramide poate fi exprimată prin numărul de indivizi, biomasa acestora sau energia acumulată în ea.

În conformitate cu legea piramidei energetice R. Lindeman şi regula zece la suta , din fiecare etapă aproximativ 10% (de la 7 la 17%) din energie sau materie în termeni energetici trece la etapa următoare (Fig. 3.7). Rețineți că la fiecare nivel ulterior, pe măsură ce cantitatea de energie scade, calitatea acesteia crește, adică. capacitatea de a lucra pe unitatea de biomasă animală numărul corespunzător ori mai mare decât aceeași biomasă vegetală.

Un exemplu izbitor este lanțul trofic al mării deschise, reprezentat de plancton și balene. Masa de plancton este dispersată în apa oceanului și, cu bioproductivitatea mării deschise mai mică de 0,5 g/m2 zi-1, cantitatea de energie potențială în metru cub Apa oceanului este infinit de mică în comparație cu energia unei balene, a cărei masă poate ajunge la câteva sute de tone. După cum știți, uleiul de balenă este un produs bogat în calorii care a fost folosit chiar și pentru iluminat.

Fig.3.7. Piramida de transfer de energie de-a lungul lanțului trofic (conform lui Yu. Odum)

O secvență corespunzătoare se observă și în distrugerea materiei organice: aproximativ 90% din energia producției primare pure este eliberată de microorganisme și ciuperci, mai puțin de 10% de animalele nevertebrate și mai puțin de 1% de animalele vertebrate, care sunt ultimele. cumpărători. Conform ultimei cifre se formulează regula unu la sută : pentru stabilitatea biosferei în ansamblu, ponderea consumului final posibil al producției primare nete în termeni energetici nu trebuie să depășească 1%.

Bazându-se pe lanțul trofic ca bază pentru funcționarea ecosistemului, se pot explica și cazurile de acumulare în țesuturi a anumitor substanțe (de exemplu, otrăvuri sintetice), care, pe măsură ce se deplasează de-a lungul lanțului trofic, nu participa la metabolismul normal al organismelor. Conform regulile de ameliorare biologică Există o creștere de aproximativ zece ori a concentrației de poluant atunci când treceți la mai mult nivel inalt piramida ecologica.

În special, cele aparent nesemnificative continut crescut radionuclizii din apa râului de la primul nivel al lanțului trofic sunt asimilați de microorganisme și plancton, apoi concentrați în țesuturile peștilor și ajung valorile maxime la pescăruși. Ouăle lor au un nivel de radionuclizi de 5000 de ori mai mare decât contaminarea de fond.

Compoziția de specii a organismelor este de obicei studiată la nivel populatiilor .

Să ne amintim că o populație este o colecție de indivizi din aceeași specie care locuiesc pe un teritoriu, având un bazin genetic comun și capacitatea de a se încrucișa liber. În general, o anumită populație poate fi localizată într-un anumit ecosistem, dar se poate răspândi și dincolo de granițele sale. De exemplu, populația marmotei cu cap negru din creasta Tuora-Sis, înscrisă în Cartea Roșie, este cunoscută și protejată. Această populație nu se limitează la această creastă, ci se extinde mai spre sud, în Munții Verkhoyansk din Yakutia.

Mediul în care se găsește de obicei specia studiată se numește habitatul său.

De regulă, o nișă ecologică este ocupată de o specie sau de populația acesteia. Cu cerințe de potrivire pentru mediu inconjuratorși resursele alimentare, două specii intră invariabil într-o luptă competitivă, care de obicei se termină cu deplasarea uneia dintre ele. O situație similară este cunoscută în ecologia sistemelor ca Principiul G.F Gause , care afirmă că două specii nu pot exista în aceeași zonă dacă nevoile lor ecologice sunt identice, i.e. dacă ocupă aceeaşi nişă. În consecință, un sistem de populații care interacționează diferențiate prin nișe ecologice, completându-se într-o măsură mai mare decât concurând între ele pentru utilizarea spațiului, timpului și resurselor, se numește comunitate (cenoză).

Ursul polar nu poate trăi în ecosistemele de taiga, la fel ca ursul brun din regiunile polare.

Speciația este întotdeauna adaptivă, deci axioma lui Charles Darwin fiecare specie este adaptată la un set de condiții de viață strict definite, specifice. În acest caz, organismele se reproduc cu o intensitate care le asigură numărul maxim posibil ( regula maximă a „presiunii de viață”" ).

De exemplu, organismele de plancton oceanic acoperă rapid o suprafață de mii de kilometri pătrați sub forma unui film. V.I.Vernadsky a calculat că viteza de înaintare a unei bacterii Fischer care măsoară 10-12 cm3 prin reproducere în linie dreaptă ar fi egală cu aproximativ 397.200 m/oră – viteza unui avion! Cu toate acestea, reproducerea excesivă a organismelor este limitată de factori limitatori și se corelează cu cantitatea de resurse alimentare din habitatul lor.

Când dispar speciile, compuse în primul rând din indivizi mari, structura material-energetică a recensământului se modifică ca urmare. Dacă fluxul de energie care trece prin ecosistem nu se modifică, atunci mecanismele duplicarea ecologică conform principiului: o specie pe cale de dispariție sau distrusă într-un nivel al piramidei ecologice înlocuiește o altă cenotică funcțional, similară. Înlocuirea unei specii se desfășoară după următoarea schemă: una mică o înlocuiește pe una mare, care este mai puțin organizată din punct de vedere evolutiv, cu una mai bine organizată, mai labilă genetic și mai puțin variabilă genetic. Deoarece nișă ecologică nu poate fi goală în biocenoză, atunci apare neapărat duplicarea ecologică.

Schimbarea consecutivă a biocenozelor, apărute succesiv în același teritoriu sub influență factori naturali sau influența umană se numește serie (succesiune - continuitate, lat.). De exemplu, după un incendiu de pădure, pădurea arsă este locuită de mulți ani mai întâi de ierburi, apoi de arbuști, apoi de foioase și în cele din urmă de pădure de conifere. În acest caz, comunitățile succesive care se înlocuiesc unele pe altele se numesc serii sau etape. Rezultatul final succesiunea va fi starea unui ecosistem stabilizat - menopauza (climax - scară, „treaptă matură”, gr.).

Se numește succesiunea care începe într-o zonă care nu a fost ocupată anterior primar . Acestea includ așezări de licheni pe pietre, care ulterior vor înlocui mușchi, ierburi și arbuști (Fig. 3.8). Dacă o comunitate se dezvoltă pe locul uneia existente (de exemplu, după un incendiu sau dezrădăcinare, construcția unui iaz sau rezervor), atunci vorbim de secundar serie. Desigur, viteza de succesiune va varia. Succesiunile primare pot dura sute sau mii de ani, dar succesiunile secundare apar mai repede.

Toate populațiile de producători, consumatori și heterotrofe interacționează strâns prin lanțuri trofice și mențin astfel structura și integritatea biocenozelor, coordonează fluxurile de energie și materie și determină reglarea mediului lor. Întregul set de corpuri de organisme vii care locuiesc pe Pământ este unite fizic și chimic, indiferent de apartenența lor sistematică și se numește materie vie ( Legea unității fizice și chimice a materiei vii de V.I. Vernadsky). Masa materiei vii este relativ mică și este estimată la 2,4-3,6 * 1012 tone (în greutate uscată). Dacă este distribuit pe întreaga suprafață a planetei, veți obține un strat de doar un centimetru și jumătate. Potrivit lui V.I. Vernadsky, acest „film al vieții”, care reprezintă mai puțin de 10-6 din masa altor învelișuri ale Pământului, este „una dintre cele mai puternice forțe geochimice ale planetei noastre”.

Structura trofică a unui ecosistem poate fi descrisă grafic sub forma unei piramide ecologice, la baza căreia se află primul nivel. Aceste piramide reflectă legile biomasei și consumului de energie în lanțurile trofice. Valoarea numerică a fiecărei etape a unei astfel de piramide poate fi exprimată prin numărul de indivizi, biomasa acestora sau energia acumulată în ea.

Rețelele trofice care apar într-un ecosistem au o structură caracterizată de un anumit număr de organisme la fiecare nivel trofic. Se observă că numărul organismelor scade direct proporţional la trecerea de la un nivel trofic la altul. Acest model se numește „regula piramidei ecologice”. ÎN în acest caz, revizuit piramida numerelor . Poate fi încălcat dacă prădătorii mici trăiesc datorită vânătorii în grup a animalelor mari.

Fiecare nivel trofic are propriul său nivel biomasa - masa totală a organismelor din orice grup. În lanțurile trofice, biomasa organismelor la diferite niveluri trofice este diferită: biomasa producătorilor (primul nivel trofic) este mult mai mare decât biomasa consumatorilor - animale ierbivore (al doilea nivel trofic). Biomasa fiecăruia dintre nivelurile trofice ulterioare ale lanțului trofic scade, de asemenea, progresiv. Acest model se numește piramidele de biomasă .

Un model similar poate fi identificat atunci când se ia în considerare transferul de energie peste niveluri trofice, adică în piramida energiei (produse ) . Cantitatea de energie cheltuită pentru menținerea propriilor funcții vitale în lanțul nivelurilor trofice crește, iar productivitatea scade. Plantele absorb doar o mică parte din energia solară prin fotosinteză. Animalele erbivore, care alcătuiesc al doilea nivel trofic, asimilează doar o anumită parte (20-60%) din hrana absorbită. Alimentele digerate sunt folosite pentru a menține procesele vitale ale organismelor animale și creșterea (de exemplu, pentru a construi țesut, rezerve sub formă de depunere de grăsime).

Organismele de al treilea nivel trofic (animalele carnivore), atunci când mănâncă animale erbivore, pierd din nou cea mai mare parte a energiei conținute în hrană. Cantitatea de energie la nivelurile trofice ulterioare scade din nou progresiv. Rezultatul acestei pierderi de energie este un număr mic (trei până la cinci) de niveluri trofice din lanțul trofic.

Energia pierdută în lanțurile trofice poate fi completată doar prin sosirea unor noi porțiuni din ea. Prin urmare, într-un ecosistem nu poate exista un ciclu energetic, asemănător cu ciclul substanțelor. Ecosistemele sunt sisteme deschise care necesită un aflux de energie solară sau rezerve gata de materie organică, de exemplu. transferul de energie în ecosisteme are loc conform cunoscute legile termodinamicii:

1. Energia se poate schimba de la o formă la alta, dar nu este niciodată creată din nou sau distrusă.

2. Nu poate exista un singur proces asociat cu transformarea energiei fără a pierde o parte din ea sub formă de căldură, adică. fără conversie de energie cu eficiență de 100%.

Se estimează că Doar aproximativ 10% din energie este transferată de la un nivel trofic la altul. Acest model se numește "regula zece la suta"

Prin urmare, majoritatea Energia din circuitul de putere se pierde la trecerea de la un nivel la altul. Următoarea verigă din lanțul trofic primește doar energia conținută în masa verigii anterioare care este consumată. Pierderile de energie sunt de aproximativ 90% în timpul fiecărei tranziții lant trofic. De exemplu, dacă energia unui organism vegetal este de 1000 J, atunci când este consumat complet de un ierbivor, numai 100 J de energie sunt asimilați în corpul acestuia din urmă, 10 J în corpul unui prădător, iar dacă acest prădător este mâncat de altul, atunci doar 1 J de energie este asimilat în corpul său, apoi există 0,1%.

Ca urmare, energia acumulată de plantele verzi în lanțurile trofice se epuizează rapid. Prin urmare, lanțul trofic nu poate include mai mult de 4-5 verigi. Energia pierdută în lanțurile trofice poate fi completată doar prin primirea de noi porțiuni din ea. În ecosisteme nu poate exista un ciclu de energie, precum ciclul substanțelor. Viața și funcționarea oricărui sistem ecologic este posibilă numai cu un flux direcționat de energie sub formă de radiație solară sau cu un aflux de rezerve de materie organică gata preparată.

Astfel, piramida numerelor reflectă numărul de indivizi din fiecare verigă a lanțului trofic. Piramida biomasei reflectă cantitatea de materie organică formată la fiecare verigă - biomasa acesteia. Piramida energiei arată cantitatea de energie la fiecare nivel trofic.

O scădere a cantității de energie disponibilă la fiecare nivel trofic ulterior este însoțită de o scădere a biomasei și a numărului de indivizi. Piramidele de biomasă și numărul de organisme pentru o anumită biocenoză repetă în termeni generali configurația piramidei productivității.

Poate fi reprezentat grafic sub forma așa-numitelor piramide ecologice. Baza piramidei este nivelul producătorilor, iar nivelurile ulterioare de nutriție formează podelele și vârful piramidei. Există trei tipuri principale de piramide ecologice:

O piramidă de numere care reflectă numărul de organisme de la fiecare nivel;
Piramida de biomasă care caracterizează masa materiei vii - greutatea totală uscată, conținutul de calorii etc.;
O piramidă de producție (energie) de natură universală, care arată schimbarea producției primare (sau energie) la niveluri trofice succesive.

Regulat piramide de numere pentru lanțurile de pășune au o bază foarte largă și o îngustare accentuată către consumatorii finali. În acest caz, numărul de „pași” diferă cu cel puțin 1-3 ordine de mărime. Dar acest lucru este valabil doar pentru comunitățile ierboase - biocenoze de luncă sau stepă.

Imaginea se schimbă dramatic dacă luăm în considerare o comunitate forestieră (mii de fitofagi se pot hrăni cu un singur copac) sau dacă la același nivel trofic apar fitofage diferite precum afidele și elefanții. Această distorsiune poate fi depășită de piramidele de biomasă.

În ecosistemele terestre, biomasa plantelor este întotdeauna semnificativ mai mare decât biomasa animalelor, iar biomasa fitofagelor este întotdeauna mai mare decât biomasa zoofagelor.

Piramidele de biomasă pentru ecosistemele acvatice, în special marine, arată diferit: biomasa animalelor este de obicei mult mai mare decât biomasa plantelor. Această „incorectitudine” se datorează faptului că piramidele de biomasă nu țin cont de durata de existență a generațiilor de indivizi la diferite niveluri trofice, rata de formare și consum de biomasă. Principalul producător de ecosisteme marine este fitoplanctonul, care are un mare potențial de reproducere și o schimbare rapidă a generațiilor. În timpul până când peștii răpitori (și cu atât mai mult morsele și balenele) își acumulează biomasa, multe generații de fitoplancton se vor schimba, a cărui biomasă totală este mult mai mare. De aceea, modul universal de exprimare a structurii trofice a ecosistemelor este piramida ratelor de formare a materiei vii, cu alte cuvinte, piramida energiilor.

O reflectare mai perfectă a influenței relațiilor trofice asupra unui ecosistem este regula piramide de produse (energie): La fiecare nivel trofic anterior, cantitatea de biomasă creată pe unitatea de timp (sau energie) este mai mare decât la următorul. Piramida de producție reflectă legile consumului de energie în lanțurile trofice.

În cele din urmă, toate cele trei reguli piramidale reflectă relațiile energetice din ecosistem, iar piramida produsului (energiei) este universală în natură.

În natură, în sistemele stabile, biomasa se modifică ușor, adică. natura se străduiește să-și folosească întreaga producție brută. Cunoașterea energiei ecosistemului și a indicatorilor săi cantitativi fac posibilă luarea în considerare cu acuratețe a posibilității de retragere din ecosistem natural cutare sau cutare cantitate de biomasă vegetală și animală fără a-i submina productivitatea.

Omul primește destul de multe produse din sistemele naturale, totuși, principala sursă de hrană pentru el este Agricultură. După ce a creat agroecosisteme, o persoană se străduiește să obțină cât mai multe produse de vegetație pure, dar trebuie să cheltuiască jumătate din masa vegetală pentru hrănirea ierbivorelor, păsărilor etc., o parte semnificativă a produselor merge în industrie și se pierde în deșeuri. , adică iar aici se pierde aproximativ 90% din producția netă și doar aproximativ 10% este folosit direct pentru consumul uman.

Un tip de relație între organisme din ecosisteme este relațiile trofice. Ele arată cum energia se mișcă prin lanțurile trofice din ecosisteme. Un model care demonstrează modificări ale cantității de energie în verigile lanțurilor trofice este piramida ecologică.

Structura piramidală

O piramidă este un model grafic. Imaginea sa este împărțită în niveluri orizontale. Numărul de niveluri corespunde numărului de legături din circuitele de putere.

Toate lanțurile trofice încep cu producători - organisme autotrofe care formează substanțe organice. Totalitatea autotrofilor dintr-un ecosistem este ceea ce se află la baza piramidei ecologice.

Orez. 1. Piramida ecologică a numerelor

De obicei, piramida alimentară conține de la 3 la 5 niveluri.

Ultimele verigi din lanțurile trofice sunt întotdeauna prădătorii mari sau oamenii. Astfel, numărul de indivizi și biomasa de la ultimul nivel al piramidei sunt cele mai scăzute.

TOP 2 articolecare citesc împreună cu asta

Esența piramidei ecologice este reprezentarea scăderii progresive a biomasei în lanțurile trofice.

Convenție model

Trebuie înțeles că modelul arată realitatea într-un mod general. Totul în viață este mai complicat. Orice organism mare, inclusiv oamenii, poate fi mâncat și energia acestuia va fi folosită într-un mod atipic în piramida ecologică.

O parte din biomasa unui ecosistem provine întotdeauna de la descompozitori - organisme care descompun materia organică moartă. Descompozitorii sunt consumați de consumatori, returnând parțial energie ecosistemului.

Animalele omnivore, cum ar fi ursul brun, acționează atât ca un consumator de prim ordin (mănâncă plante), cât și ca un descompunetor (se hrănește cu trupuri) și ca un mare prădător.

feluri

Depinde de ce caracteristică cantitativă niveluri utilizate, Există trei tipuri de piramide ecologice:

numere;
biomasă;
energie.

regula 10%.

Conform calculelor ecologiștilor, 10% din biomasa sau energia nivelului anterior merge la fiecare nivel ulterior al piramidei ecologice. Restul de 90% este cheltuit pentru procesele vitale ale organismelor și este disipat sub formă de radiație termică.

Acest model se numește regula piramidei ecologice a energiei și a biomasei.

Să ne uităm la exemple. O tonă de plante verzi produce aproximativ 100 kg de greutate corporală a animalului erbivor. Atunci când micii prădători consumă ierbivore, greutatea acestora crește cu 10 kg. Dacă prădătorii mici sunt mâncați de cei mari, atunci greutatea corporală a acestora din urmă crește cu 1 kg.

Orez. 2. Piramida ecologică a biomasei

Lanțul trofic: fitoplancton - zooplancton - pește mic - pește mare- Uman. Există deja 5 niveluri și pentru ca masa unei persoane să crească cu 1 kg, este necesar ca primul nivel să conțină 10 tone de fitoplancton.

Orez. 3. Piramida energiei ecologice

Beneficiile summit-ului

Speciile aflate în vârful piramidei ecologice au șanse mult mai mari de a evolua. În cele mai vechi timpuri, animalele care ocupau cel mai înalt nivel în relațiile trofice erau cele care se dezvoltau mai repede.

În Mezozoic, mamiferele ocupau nivelurile mijlocii ale piramidei ecologice și erau exterminate activ de reptilele prădătoare. Numai datorită dispariției dinozaurilor au reușit să se ridice la nivelul de vârf și să ocupe o poziție dominantă în toate ecosistemele.

regula lui Lindemann (10%)

Fluxul de energie, care trece prin nivelurile trofice ale biocenozei, se stinge treptat. În 1942, R. Lindeman a formulat legea piramidei energiilor, sau legea (regula) a 10%, conform căreia de la un nivel trofic al piramidei ecologice se trece la altul, mai înalt (de-a lungul „scării”: producător - consumator - descompunetor) în medie aproximativ 10% din energia primită la nivelul anterior al piramidei ecologice. Fluxul invers asociat cu consumul de substanțe și energie produsă de nivelul superior al piramidei ecologice de nivelurile sale inferioare, de exemplu, de la animale la plante, este mult mai slab - nu mai mult de 0,5% (chiar 0,25%) din totalul său. flux și, prin urmare, putem spune că nu este nevoie să vorbim despre ciclul energetic în biocenoză.

Dacă energia este pierdută de zece ori în timpul tranziției la un nivel superior al piramidei ecologice, atunci acumularea unui număr de substanțe, inclusiv a celor toxice și radioactive, crește în aproximativ aceeași proporție. Acest fapt este fixat în regula îmbunătățirii biologice. Este valabil pentru toate cenozele. În biocenozele acvatice, acumularea multor substanțe toxice, inclusiv pesticide organoclorurate, se corelează cu masa de grăsimi (lipide), adică. are în mod clar o bază energetică.

Piramide ecologice

Pentru a vizualiza relațiile dintre organisme tipuri variateÎntr-o biocenoză, se obișnuiește să se folosească piramide ecologice, distingând piramidele de numere, biomasă și energie.

Dintre piramidele ecologice, cele mai cunoscute și frecvent utilizate sunt:

§ Piramida numerelor

§ Piramida de biomasă

Piramida numerelor. Pentru a construi o piramidă a populației, se numără numărul de organisme dintr-un anumit teritoriu, grupându-le pe niveluri trofice:

§ producatori - plante verzi;

§ consumatorii primari sunt ierbivorele;

§ consumatori secundari - carnivore;

§ consumatori tertiari - carnivore;

§ consumatori ga-e („predatori definitivi”) - carnivore;

§ descompozitori – distrugatori.

Fiecare nivel este reprezentat în mod convențional ca un dreptunghi, a cărui lungime sau zonă corespunde valorii numerice a numărului de indivizi. Prin aranjarea acestor dreptunghiuri într-o succesiune subordonată, obținem o piramidă ecologică a numerelor (Fig. 3), al cărei principiu de bază a fost formulat pentru prima dată de ecologistul american C. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Textbook. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Dropia, 2004..

Orez. 3. Piramida ecologică a populației pentru o pajiște acoperită cu cereale: numere - număr de indivizi

Datele pentru piramidele populației sunt obținute destul de ușor prin colectarea directă a probelor, dar există unele dificultăți:

§ Producătorii variază foarte mult ca mărime, deși un exemplar de iarbă sau alge are același statut ca un copac. Aceasta încalcă uneori forma piramidală corectă, uneori chiar dând piramide inversate (Fig. 4) Ibid.;

Orez.

§ gama de numere ale diferitelor specii este atât de largă încât când reprezentare grafică face dificilă menținerea scalei, dar în astfel de cazuri se poate folosi o scară logaritmică.

Piramida biomasei. Piramida ecologică a biomasei este construită similar piramidei numerelor. Sensul său principal este de a arăta cantitatea de materie vie (biomasă - masa totală a organismelor) la fiecare nivel trofic. Se evită astfel inconvenientele tipice piramidelor populației. În acest caz, dimensiunea dreptunghiurilor este proporțională cu masa materiei vii a nivelului corespunzător, pe unitate de suprafață sau de volum (Fig. 5, a, b) Nikolaikin N. I. Ecologie: Manual. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Bustard, 2004.. Termenul de „piramidă a biomasei” a apărut datorită faptului că în marea majoritate a cazurilor masa consumatorilor primari care trăiesc în detrimentul producătorilor este semnificativ mai mică decât masa acestor producători, iar masa consumatorilor secundari este semnificativ mai mică decât masa consumatorilor primari. Biomasa destructorilor este de obicei prezentată separat.

Orez. 5. Piramidele biomasei biocenozelor unui recif de corali (a) și Canalului Mânecii (b): numere - biomasă în grame de substanță uscată pe 1 m 2

La eșantionare, se determină biomasa în picioare sau randamentul în picioare (de ex. acest moment timp), care nu conține nicio informație despre rata de formare sau consum a biomasei.

Rata de creare a materiei organice nu determină rezervele totale ale acesteia, adică. biomasa totală a tuturor organismelor la fiecare nivel trofic. Prin urmare, pot apărea erori în timpul analizei ulterioare dacă nu sunt luate în considerare următoarele:

* în primul rând, dacă rata consumului de biomasă (pierderea datorată consumului) și viteza de formare a acesteia sunt egale, cultura în picioare nu indică productivitate, adică. despre cantitatea de energie și materie care se deplasează de la un nivel trofic la altul, unul mai mare, într-o anumită perioadă de timp (de exemplu, un an). Astfel, pe o pășune fertilă, folosită intensiv, randamentul de iarbă în picioare poate fi mai mic, dar productivitatea poate fi mai mare decât pe o pășune mai puțin fertilă, dar puțin folosită pentru pășunat;

* în al doilea rând, producătorii de dimensiuni mici, precum algele, se caracterizează printr-un ritm ridicat de creștere și reproducere, echilibrat de consumul lor intensiv ca hrană de către alte organisme și moartea naturală. Prin urmare, productivitatea lor poate fi nu mai mică decât cea a producătorilor mari (de exemplu, copaci), deși biomasa în picioare poate fi mică. Cu alte cuvinte, fitoplanctonul cu aceeași productivitate ca un copac va avea mult mai puțină biomasă, deși ar putea susține viața animalelor de aceeași masă.

Una dintre consecințele acestui lucru este „piramidele inversate” (Fig. 3, b). Zooplanctonul biocenozelor lacurilor și mărilor are cel mai adesea o biomasă mai mare decât hrana lor - fitoplancton, dar rata de reproducere a algelor verzi este atât de mare încât în 24 de ore refac toată biomasa consumată de zooplancton. Cu toate acestea, în anumite perioade ale anului (în timpul înfloririi de primăvară) se observă raportul obișnuit al biomasei lor (Fig. 6) Nikolaikin N.I. Ecology: Textbook. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Dropia, 2004..

Orez. 6. Schimbări sezoniere în piramidele biomasei lacului (folosind exemplul unuia dintre lacurile din Italia): numere - biomasă în grame de substanță uscată la 1 m3

Piramidele energetice discutate mai jos sunt lipsite de anomalii aparente.

Piramida energiilor. Cea mai fundamentală modalitate de a reflecta conexiunile dintre organismele de diferite niveluri trofice și organizarea funcțională a biocenozelor este piramida energetică, în care dimensiunea dreptunghiurilor este proporțională cu echivalentul energetic pe unitatea de timp, adică. cantitatea de energie (pe unitate de suprafață sau de volum) care a trecut printr-un anumit nivel trofic într-o anumită perioadă (Fig. 7) Ibid.. La baza piramidei energetice, mai poate fi adăugat în mod rezonabil încă un dreptunghi de jos, reflectând fluxul de energie solară.

Piramida energetică reflectă dinamica trecerii masei alimentare prin lanțul alimentar (trofic), care o deosebește fundamental de piramidele numerelor și biomasei, care reflectă statica sistemului (numărul de organisme la un moment dat). Forma acestei piramide nu este afectată de schimbările în mărimea și rata metabolică a indivizilor. Dacă sunt luate în considerare toate sursele de energie, atunci piramida va avea întotdeauna un aspect tipic (sub forma unei piramide cu vârful în sus), conform celei de-a doua legi a termodinamicii.

Orez. 7. Piramida energiei: numere - cantitate de energie, kJ * m -2 * r -1

Piramidele energetice fac posibilă nu numai compararea diferitelor biocenoze, ci și identificarea importanței relative a populațiilor dintr-o singură comunitate. Sunt cele mai utile dintre cele trei tipuri de piramide ecologice, dar datele pentru a le construi sunt cele mai greu de obținut.

Unul dintre cele mai reușite și clare exemple de piramide ecologice clasice sunt piramidele prezentate în Fig. 8 Nikolaikin N.I. Ecologie: manual. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Bustard, 2004. Ele ilustrează biocenoza condiționată propusă de ecologistul american Yu. Odum. „Biocenoza” constă dintr-un băiat care mănâncă doar carne de vițel, și viței care mănâncă doar lucernă.

Orez.

Regulă 1% Ecologie. Curs de curs. Compilat de: Ph.D., Profesor asociat A.I. Tikhonov, 2002. Punctele lui Pasteur, precum legea piramidei energetice a lui R. Lindemann, au dat naștere la formularea regulilor de unu și zece procente. Desigur, 1 și 10 sunt numere aproximative: aproximativ 1 și aproximativ 10.

„Număr magic” 1% rezultă din raportul dintre posibilitățile de consum de energie și „capacitatea” necesară pentru stabilizarea mediului. Pentru biosferă, ponderea consumului posibil al producției primare totale nu depășește 1% (ceea ce rezultă din legea lui R. Lindemann: aproximativ 1% din producția primară netă în termeni energetici este consumată de vertebrate în calitate de consumatori de ordine superioară, aproximativ 10% de nevertebrate ca consumatori de ordine inferioare, iar partea rămasă - bacterii și ciuperci saprofe). De îndată ce omenirea, în pragul secolelor trecute și ale noastre, a început să folosească o cantitate mai mare de produse biosferei (acum cel puțin 10%), principiul Le Chatelier-Brown a încetat să fie satisfăcut (se pare că de la aproximativ 0,5% din energia totală a biosferei): vegetația nu a asigurat creșterea biomasei în concordanță cu creșterea concentrației de CO 2 etc. (o creștere a cantității de carbon fixat de plante a fost observată abia în ultimul secol).

Din punct de vedere empiric, este suficient recunoscut pragul de consum de 5 - 10% din cantitatea de substanță, care duce la schimbări vizibile în sistemele naturii la trecerea prin ea. A fost adoptată în principal la nivel empirico-intuitiv, fără a distinge formele și natura controlului în aceste sisteme. Este aproximativ posibil să se împartă tranzițiile emergente pentru sistemele naturale cu tipuri de management organismic și consorțial, pe de o parte, și sistemele populației, pe de altă parte. Pentru cei dintâi, valorile care ne interesează sunt pragul de ieșire dintr-o stare staționară de până la 1% din fluxul de energie („norma” de consum) și pragul de autodistrugere – aproximativ 10% din aceasta „ normă". Pentru sistemele de populație, depășirea în medie a 10% din volumul de retragere duce la ieșirea acestor sisteme din starea staționară.