Ekološka piramida je grafični prikaz izgub energije v napajalnih tokokrogih.

Prehranjevalne verige so stabilne verige med seboj povezanih vrst, ki zaporedno črpajo materiale in energijo iz vira hranilo, ki je nastal med razvojem živih organizmov in biosfere kot celote. Sestavljajo trofično strukturo katere koli biocenoze, skozi katero se izvajajo prenos energije in cikli snovi. Prehranjevalna veriga je sestavljena iz številnih trofičnih ravni, katerih zaporedje ustreza pretoku energije.

Primarni vir energije v napajalnih tokokrogih je sončna energija. Prva trofična raven - proizvajalci (zelene rastline) - uporabljajo sončno energijo v procesu fotosinteze in ustvarjajo primarno proizvodnjo katere koli biocenoze. Vendar se v procesu fotosinteze porabi le 0,1 % sončne energije. Učinkovitost, s katero zelene rastline absorbirajo sončno energijo, se ocenjuje z vrednostjo primarne produktivnosti. Več kot polovico energije, povezane s fotosintezo, rastline takoj porabijo med dihanjem, preostala energija se prenese naprej po prehranjevalnih verigah.

V tem primeru obstaja pomemben vzorec, povezan z učinkovitostjo uporabe in pretvorbo energije v procesu prehranjevanja. Njegovo bistvo je naslednje: količina energije, porabljene za vzdrževanje lastnih vitalnih funkcij v prehranjevalnih verigah, se povečuje od ene trofične ravni do druge, produktivnost pa se zmanjšuje.

Fitobiomaso uporabljamo kot vir energije in materiala za ustvarjanje biomase organizmov drugega reda

trofični nivo konzumentov prvega reda – rastlinojedcev. Značilno je, da produktivnost druge trofične ravni ni večja od 5 - 20% (10%) prejšnje ravni. To se odraža v razmerju med rastlinsko in živalsko biomaso na planetu. Količina energije, ki je potrebna za zagotavljanje vitalnih funkcij telesa, raste z naraščajočimi ravnmi morfofunkcionalna organizacija. Skladno s tem se zmanjša količina biomase, ustvarjene na višjih trofičnih ravneh.

Ekosistemi so zelo spremenljivi v relativnih stopnjah ustvarjanja in porabe neto primarne proizvodnje in neto sekundarne proizvodnje na vsaki trofični ravni. Vendar so za vse ekosisteme brez izjeme značilna določena razmerja primarne in sekundarne produkcije. Količina rastlinske snovi, ki služi kot osnova prehranjevalne verige, je vedno nekajkrat (približno 10-krat) večja od skupne mase rastlinojedih živali, temu primerno se sorazmerno spreminja tudi masa vsakega naslednjega člena v prehranjevalni verigi.

Postopno zmanjševanje asimilirane energije na številnih trofičnih nivojih se odraža v strukturi ekoloških piramid.

Zmanjšanje količine razpoložljive energije na vsaki naslednji trofični ravni spremlja zmanjšanje biomase in števila osebkov. Ponavljajo se piramide biomase in števila organizmov za določeno biocenozo splošni oris konfiguracijo piramide produktivnosti.

Grafično je ekološka piramida prikazana kot več pravokotnikov enake višine, a različnih dolžin. Dolžina pravokotnika se zmanjšuje od spodnjega proti zgornjemu, kar ustreza zmanjšanju produktivnosti na naslednjih trofičnih ravneh. Spodnji trikotnik je največji po dolžini in ustreza prvi trofični ravni - proizvajalci, drugi je približno 10-krat manjši in ustreza drugi trofični ravni - rastlinojedci, potrošniki prvega reda itd.

Hitrost ustvarjanja organska snov ne ugotavlja svojih skupnih rezerv, tj. skupna masa organizmov na vsaki trofični ravni. Razpoložljiva biomasa producentov in konzumentov v posameznih ekosistemih je odvisna od razmerja med stopnjami kopičenja organske snovi na določeni trofični ravni in njenim prenosom na višjo raven, tj. Kako velika je poraba oblikovanih rezerv? Pri tem igra pomembno vlogo hitrost razmnoževanja glavnih generacij proizvajalcev in potrošnikov.

V večini kopenskih ekosistemov, kot že omenjeno, velja tudi pravilo biomase, tj. skupna masa rastlin se izkaže za večjo od biomase vseh rastlinojedih živali, masa rastlinojedih živali pa presega maso vseh plenilcev.

Kvantitativno je treba razlikovati med produktivnostjo, in sicer letno rastjo vegetacije, in biomaso. Razlika med primarno produkcijo biocenoze in biomaso določa obseg paše rastlinske mase. Tudi za združbe s prevlado zelnatih oblik, v katerih je stopnja razmnoževanja biomase precej visoka, živali porabijo do 70 % letne rasti rastlin.

V tistih trofičnih verigah, kjer se prenos energije izvaja prek povezav "plenilec-plen", pogosto opazimo piramide števila posameznikov: skupno število posameznikov, ki sodelujejo v prehranjevalnih verigah, se zmanjšuje z vsakim členom. To je tudi posledica dejstva, da so plenilci običajno večji od svojega plena. Izjema od pravil populacijske piramide je, ko mali plenilci živijo s skupinskim lovom na velike živali.

Vsa tri pravila piramide – produktivnost, biomasa in številčnost – izražajo energijska razmerja v ekosistemih. Hkrati ima piramida produktivnosti univerzalen značaj, piramidi biomase in številčnosti pa se pojavljata v združbah z določeno trofično strukturo.

Poznavanje zakonitosti produktivnosti ekosistema in sposobnost kvantificiranja pretoka energije sta velikega praktičnega pomena. Primarna proizvodnja agrocenoz in človekovo izkoriščanje naravnih združb je glavni vir hrane za človeka. Sekundarni produkti biocenoz, pridobljeni iz industrijskih in rejnih živali, so pomembni tudi kot vir živalskih beljakovin. Poznavanje zakonov porazdelitve energije, tokov energije in snovi v biocenozah, vzorcev produktivnosti rastlin in živali, razumevanje meja dovoljenega odvzema rastlinske in živalske biomase iz naravnih sistemov nam omogoča pravilno gradnjo odnosov v »družbi – naravi«. ” sistem.

Razmerja, v katerih nekateri organizmi jedo druge organizme ali njihove ostanke ali izločke (iztrebke), imenujemo trofični (trofe - prehrana, hrana, gr.). Hkrati se izražajo prehranjevalni odnosi med člani ekosistema trofične (prehranjevalne) verige . Primeri takih vezij vključujejo:

· mah → jelen → volk (ekosistem tundre);

· trava → krava → človek (antropogeni ekosistem);

· mikroskopske alge (fitoplankton) → stenice in vodne bolhe (zooplankton) → ščurka → ščuka → galeb (vodni ekosistem).

Vplivanje na prehranjevalne verige z namenom njihove optimizacije in pridobivanja več ali boljše kakovosti izdelkov ni vedno uspešno. Iz literature je splošno znan primer uvoza krav v Avstralijo. Pred tem so naravne pašnike uporabljali predvsem kenguruji, katerih iztrebke je uspešno obvladal in predelal avstralski gnojni hrošč. Avstralski hrošč ni prebavljal kravjih iztrebkov, kar je povzročilo postopno degradacijo pašnikov. Da bi zaustavili ta proces, so morali evropskega hrošča pripeljati v Avstralijo.

Trofične ali prehranjevalne verige lahko predstavimo v obliki piramide. Številčno vrednost vsake stopnice takšne piramide lahko izrazimo s številom posameznikov, njihovo biomaso ali v njej akumulirano energijo.

V skladu z zakon energetske piramide R. Lindeman in pravilo desetih odstotkov , iz vsake stopnje približno 10 % (od 7 do 17 %) energije oziroma materije v energetskem smislu preide v naslednjo stopnjo (slika 3.7). Upoštevajte, da se na vsaki naslednji stopnji, ko se količina energije zmanjša, njena kakovost poveča, tj. sposobnost opravljanja dela na enoto živalske biomase ustrezno številko krat višja od enake rastlinske biomase.

Osupljiv primer je prehranjevalna veriga odprtega morja, ki jo predstavljajo plankton in kiti. Masa planktona je razpršena v oceanski vodi in z bioproduktivnostjo odprtega morja manj kot 0,5 g/m2 dan-1 je količina potencialne energije v kubični meter Oceanska voda je neskončno majhna v primerjavi z energijo kita, katerega masa lahko doseže več sto ton. Kot veste, je kitovo olje visoko kaloričen izdelek, ki so ga uporabljali celo za razsvetljavo.

Slika 3.7. Piramida prenosa energije vzdolž prehranjevalne verige (po Yu. Odumu)

Ustrezno zaporedje opazimo tudi pri uničevanju organske snovi: približno 90 % energije čiste primarne proizvodnje sprostijo mikroorganizmi in glive, manj kot 10 % nevretenčarji in manj kot 1 % vretenčarji, ki so končni sosomentorji. V skladu z zadnjo sliko je oblikovana pravilo enega odstotka : za stabilnost biosfere kot celote delež možne končne porabe neto primarne proizvodnje v energetskem smislu ne sme presegati 1 %.

Če se zanašamo na prehranjevalno verigo kot osnovo za delovanje ekosistema, je mogoče razložiti tudi primere kopičenja v tkivih določenih snovi (na primer sintetičnih strupov), ki pri gibanju po prehranjevalni verigi ne sodelujejo pri normalnem metabolizmu organizmov. Po navedbah pravila biološkega izboljšanja Pri prehodu na več se koncentracija onesnaževala poveča za približno desetkrat visoka stopnja ekološka piramida.

Predvsem na videz nepomembne povečana vsebina radionuklide v rečni vodi na prvi stopnji trofične verige asimilirajo mikroorganizmi in plankton, nato se koncentrirajo v tkivih rib in dosežejo največje vrednosti pri galebih. Njihova jajčeca imajo 5000-krat višjo raven radionuklidov od kontaminacije ozadja.

Vrstno sestavo organizmov običajno proučujemo na ravni populacije .

Spomnimo se, da je populacija skupek osebkov iste vrste, ki naseljujejo eno ozemlje, imajo skupen genski sklad in možnost prostega križanja. Na splošno se določena populacija lahko nahaja v določenem ekosistemu, lahko pa se razširi tudi izven njegovih meja. Na primer, znana in zaščitena je populacija črnoglavega svizca grebena Tuora-Sis, ki je navedena v Rdeči knjigi. Ta populacija ni omejena na ta greben, ampak se razteza južneje v gorovje Verhojansk v Jakutiji.

Okolje, v katerem se preučevana vrsta običajno nahaja, se imenuje njen življenjski prostor.

Ekološko nišo praviloma zaseda ena vrsta ali njena populacija. Z ustreznimi zahtevami za okolju in prehranskih virov dve vrsti vedno vstopita v konkurenčni boj, ki se običajno konča z izpodrivanjem ene od njiju. Podobna situacija je znana v sistemski ekologiji kot Načelo G.F Gause , ki pravi, da dve vrsti ne moreta obstajati na istem območju, če imata enake ekološke potrebe, tj. če zasedajo isto nišo. V skladu s tem se sistem medsebojno delujočih populacij, ki se razlikujejo po ekoloških nišah in se med seboj dopolnjujejo v večji meri kot tekmujejo za uporabo prostora, časa in virov, imenuje skupnost (cenoza).

Polarni medved ne more živeti v ekosistemih tajge, tako kot rjavi medved v polarnih regijah.

Speciacija je vedno prilagodljiva, torej aksiom Charlesa Darwina vsaka vrsta je prilagojena na strogo določen, specifičen niz življenjskih razmer. V tem primeru se organizmi razmnožujejo z intenzivnostjo, ki zagotavlja njihovo največje možno število ( pravilo največjega "življenjskega pritiska"" ).

Na primer, oceanski planktonski organizmi hitro pokrijejo površino na tisoče kvadratnih kilometrov v obliki filma. V. I. Vernadsky je izračunal, da bi bila hitrost napredovanja Fischerjeve bakterije, ki meri 10-12 cm3, z razmnoževanjem v ravni črti enaka približno 397.200 m / uro - hitrost letala! Vendar je čezmerno razmnoževanje organizmov omejeno z omejujočimi dejavniki in je v korelaciji s količino prehranskih virov v njihovem habitatu.

Ko izginejo vrste, sestavljene predvsem iz velikih osebkov, se posledično spremeni materialno-energijska struktura popisa. Če se tok energije, ki poteka skozi ekosistem, ne spremeni, potem se mehanizmi ekološko podvajanje po principu: ogrožena ali uničena vrsta znotraj ene ravni ekološke piramide nadomesti drugo funkcionalno cenotično podobno. Zamenjava vrste poteka po naslednji shemi: majhna zamenja veliko, ki je evolucijsko nižje organizirana, z bolj organizirano, genetsko bolj labilno in manj genetsko variabilno. Ker ekološka niša v biocenozi ne more biti prazen, potem nujno pride do ekološkega podvajanja.

Zaporedna sprememba biocenoz, ki se zaporedno pojavljajo na istem ozemlju pod vplivom naravni dejavniki ali človeški vpliv se imenuje nasledstvo (nasledstvo - kontinuiteta, lat.). Na primer, po gozdnem požaru pogoreli gozd več let naseljujejo najprej trave, nato grmičevje, nato listavci in nazadnje iglasti gozd. V tem primeru se zaporedne skupnosti, ki nadomeščajo druga drugo, imenujejo serije ali stopnje. Končni rezultat nasledstvo bo stanje stabiliziranega ekosistema - menopavza (vrhunec - stopnišče, "zreli korak", gr.).

Nasledstvo, ki se začne na območju, ki prej ni bilo zasedeno, se imenuje primarni . Sem spadajo naselitve lišajev na kamne, ki bodo kasneje nadomestili mahove, trave in grmičevje (slika 3.8). Če se skupnost razvije na mestu obstoječe (na primer po požaru ali izkoreninjenju, izgradnji ribnika ali rezervoarja), potem govorimo o sekundarni nasledstvo. Seveda bo hitrost nasledstva različna. Primarno nasledstvo lahko traja na stotine ali tisoče let, vendar se sekundarno nasledstvo zgodi hitreje.

Vse populacije producentov, konzumentov in heterotrofov tesno sodelujejo prek trofičnih verig in tako ohranjajo strukturo in celovitost biocenoz, usklajujejo tokove energije in snovi ter določajo regulacijo svojega okolja. Celoten sklop teles živih organizmov, ki naseljujejo Zemljo, je fizično in kemično enoten ne glede na njihovo sistematsko pripadnost in se imenuje živa snov ( zakon o fizikalni in kemični enotnosti žive snovi V. I. Vernadskega). Masa žive snovi je relativno majhna in je ocenjena na 2,4-3,6 * 1012 ton (v suhi teži). Če ga porazdelimo po celotni površini planeta, dobimo plast le en centimeter in pol. Po V. I. Vernadskem je ta "film življenja", ki je manjši od 10-6 mase drugih lupin Zemlje, "ena najmočnejših geokemičnih sil našega planeta."

Trofično strukturo ekosistema lahko grafično prikažemo v obliki ekološke piramide, v osnovi katere leži prvi nivo. Te piramide odražajo zakonitosti porabe biomase in energije v prehranjevalnih verigah. Številčno vrednost vsake stopnice takšne piramide lahko izrazimo s številom posameznikov, njihovo biomaso ali v njej akumulirano energijo.

Prehranske mreže, ki se pojavljajo v ekosistemu, imajo strukturo, za katero je značilno določeno število organizmov na vsaki trofični ravni. Opaziti je, da število organizmov se premosorazmerno zmanjšuje pri prehodu iz ene trofične ravni v drugo. Ta vzorec se imenuje »pravilo ekološke piramide«. IN v tem primeru pregledan piramida števil . Lahko se krši, če majhni plenilci živijo zaradi skupinskega lova na velike živali.

Vsaka trofična raven ima svojo biomasa - skupna masa organizmov katere koli skupine. V prehranjevalnih verigah je biomasa organizmov na različnih trofičnih ravneh različna: biomasa proizvajalcev (prvi trofični nivo) je veliko večja od biomase porabnikov – rastlinojedih živali (drugi trofični nivo). Postopno se zmanjšuje tudi biomasa vsake od naslednjih trofičnih ravni prehranjevalne verige. Ta vzorec se imenuje biomasne piramide .

Podoben vzorec je mogoče ugotoviti, če upoštevamo prenos energije prek trofičnih ravni, to je v piramida energije (izdelki ) . Količina energije, porabljene za vzdrževanje lastnih vitalnih funkcij v verigi trofičnih ravni, se poveča, produktivnost pa se zmanjša. Rastline s fotosintezo absorbirajo le majhen del sončne energije. Rastlinojede živali, ki sestavljajo drugo trofično raven, asimilirajo le določen del (20-60%) absorbirane hrane. Prebavljena hrana se uporablja za vzdrževanje vitalnih procesov živalskih organizmov in rasti (na primer za izgradnjo tkiva, zaloge v obliki odlaganja maščob).

Organizmi tretje trofične ravni (mesojede živali) pri uživanju rastlinojedih živali spet izgubijo večino energije, ki jo vsebuje hrana. Količina energije na naslednjih trofičnih ravneh se spet postopoma zmanjšuje. Rezultat te izgube energije je majhno število (tri do pet) trofičnih ravni v prehranjevalni verigi.

Energijo, izgubljeno v prehranjevalnih verigah, je mogoče obnoviti le s prihodom novih delov. Zato v ekosistemu ne more biti energijskega kroga, podobnega kroženju snovi. Ekosistemi so odprti sistemi, ki zahtevajo dotok sončne energije ali pripravljene zaloge organske snovi, tj. prenos energije v ekosistemih poteka po znanih zakoni termodinamike:

1. Energija se lahko spremeni iz ene oblike v drugo, vendar se nikoli več ne ustvari ali uniči.

2. Ne more obstajati en sam proces, povezan s pretvorbo energije, ne da bi se del le-te izgubil v obliki toplote, tj. brez pretvorbe energije s 100% učinkovitostjo.

Ocenjuje se, da Le približno 10 % energije se prenese iz ene trofične ravni v drugo. Ta vzorec se imenuje "pravilo desetih odstotkov"

torej večina Energija v napajalnem tokokrogu se izgubi pri prehodu z ene ravni na drugo. Naslednji člen v prehranjevalni verigi prejme le energijo, ki jo vsebuje masa prejšnjega člena, ki ga jemo. Izgube energije so med vsakim prehodom okoli 90 % prehranjevalna veriga. Na primer, če je energija rastlinskega organizma 1000 J, potem ko ga popolnoma poje rastlinojed, se v telesu slednjega asimilira le 100 J energije, 10 J v telesu plenilca in če je ta plenilec poje drugi, potem se v njegovem telesu asimilira le 1 J energije, potem je 0,1 %.

Posledično hitro zmanjkuje energije, ki jo zelene rastline akumulirajo v prehranjevalnih verigah. Zato prehranjevalna veriga ne more vključevati več kot 4–5 členov. Energijo, izgubljeno v prehranjevalnih verigah, je mogoče obnoviti le s prejemom novih delov. V ekosistemih ne more obstajati cikel energije, kot je cikel snovi. Življenje in delovanje katerega koli ekološkega sistema je možno le z enosmerno usmerjenim pretokom energije v obliki sončnega sevanja ali z dotokom zalog že pripravljene organske snovi.

Tako piramida števil odraža število posameznikov v vsaki povezavi prehranjevalne verige. Piramida biomase odraža količino organske snovi, ki nastane na posamezni povezavi – njeno biomaso. Energijska piramida prikazuje količino energije na vsaki trofični ravni.

Zmanjšanje količine razpoložljive energije na vsaki naslednji trofični ravni spremlja zmanjšanje biomase in števila osebkov. Piramide biomase in števila organizmov za določeno biocenozo na splošno ponavljajo konfiguracijo piramide produktivnosti.

Grafično ga lahko prikažemo v obliki tako imenovanih ekoloških piramid. Osnova piramide je raven proizvajalcev, naslednje ravni prehrane pa tvorijo tla in vrh piramide. Obstajajo tri glavne vrste ekoloških piramid:

Piramida števil, ki odraža število organizmov na vsaki ravni;
Piramida biomase, ki označuje maso žive snovi - skupna suha teža, vsebnost kalorij itd.;
Piramida proizvodnje (energije) univerzalne narave, ki prikazuje spremembo primarne proizvodnje (ali energije) na zaporednih trofičnih ravneh.

Redno piramide števil za pašne verige imajo zelo široko osnovo in se močno zožijo proti končnim potrošnikom. V tem primeru se število "korakov" razlikuje za vsaj 1-3 velikosti. Vendar to velja le za zelnate združbe - travniške ali stepske biocenoze.

Slika se dramatično spremeni, če upoštevamo gozdno združbo (na enem drevesu se lahko prehranjuje na tisoče fitofagov) ali če se na istem trofičnem nivoju pojavijo tako različni fitofagi, kot so listne uši in sloni. To izkrivljanje je mogoče premagati z biomasne piramide.

V kopenskih ekosistemih je biomasa rastlin vedno bistveno večja od biomase živali, biomasa fitofagov pa vedno večja od biomase zoofagov.

Piramide biomase za vodne, predvsem morske ekosisteme so videti drugače: biomasa živali je običajno veliko večja od biomase rastlin. Ta "nepravilnost" je posledica dejstva, da piramide biomase ne upoštevajo trajanja obstoja generacij posameznikov na različnih trofičnih ravneh, hitrosti nastajanja in porabe biomase. Glavni proizvajalec morskih ekosistemov je fitoplankton, ki ima velik reproduktivni potencial in hitro menjavo generacij. V času, ko plenilske ribe (še bolj pa mroži in kiti) naberejo svojo biomaso, se bo zamenjalo veliko generacij fitoplanktona, katerega skupna biomasa je veliko večja. Zato je univerzalni način izražanja trofične strukture ekosistemov piramida hitrosti nastajanja žive snovi, z drugimi besedami, piramida energij.

Bolj popoln odraz vpliva trofičnih odnosov na ekosistem je pravilo piramide izdelkov (energija): Na vsaki prejšnji trofični ravni je količina ustvarjene biomase na enoto časa (ali energije) večja kot na naslednji. Proizvodna piramida odraža zakonitosti porabe energije v trofičnih verigah.

Navsezadnje vsa tri piramidna pravila odražajo energijske odnose v ekosistemu, produktna (energijska) piramida pa je univerzalne narave.

V naravi se v stabilnih sistemih biomasa nekoliko spreminja, t.j. narava si prizadeva izkoristiti celotno bruto proizvodnjo. Poznavanje energije ekosistema in njegovih kvantitativnih kazalcev omogoča natančno upoštevanje možnosti umika iz naravni ekosistem takšno ali drugačno količino rastlinske in živalske biomase, ne da bi spodkopali njeno produktivnost.

Človek prejme precej izdelkov iz naravnih sistemov, vendar je glavni vir hrane zanj Kmetijstvo. Z ustvarjanjem agroekosistemov si človek prizadeva pridobiti čim več čistih rastlinskih proizvodov, vendar mora polovico rastlinske mase porabiti za krmljenje rastlinojedih živali, ptic itd., Pomemben del proizvodov gre v industrijo in se izgubi v odpadkih. , tj. in tukaj se izgubi približno 90 % neto proizvodnje in le približno 10 % se neposredno uporabi za prehrano ljudi.

Ena vrsta odnosov med organizmi v ekosistemih so trofični odnosi. Prikazujejo, kako se energija giblje skozi prehranjevalne verige v ekosistemih. Model, ki prikazuje spremembe v količini energije v členih prehranjevalnih verig, je ekološka piramida.

Piramidna struktura

Piramida je grafični model. Njegova podoba je razdeljena na vodoravne ravni. Število stopenj ustreza številu povezav v napajalnih tokokrogih.

Vse prehranjevalne verige se začnejo s proizvajalci - avtotrofnimi organizmi, ki tvorijo organske snovi. Celota avtotrofov v ekosistemu je tisto, kar je na dnu ekološke piramide.

riž. 1. Ekološka piramida števil

Običajno prehranska piramida vsebuje od 3 do 5 stopenj.

Zadnji členi v prehranjevalnih verigah so vedno veliki plenilci oziroma ljudje. Tako sta število osebkov in biomasa na zadnji stopnji piramide najmanjša.

TOP 2 člankaki berejo skupaj s tem

Bistvo ekološke piramide je prikazati progresivno zmanjševanje biomase v prehranjevalnih verigah.

Vzorčna konvencija

Treba je razumeti, da model prikazuje resničnost na splošen način. Vse v življenju je bolj zapleteno. Vsak velik organizem, vključno s človekom, je mogoče pojesti, njegova energija pa bo v ekološki piramidi uporabljena na netipičen način.

Del biomase ekosistema vedno izvira iz razkrojevalcev – organizmov, ki razgrajujejo odmrlo organsko snov. Razkrojevalci pojedo porabniki, delno vrnejo energijo v ekosistem.

Vsejede živali, kot je rjavi medved, delujejo tako kot potrošnik prvega reda (je rastline), kot razkrojevalec (prehranjuje se z mrhovino) in kot velik plenilec.

Vrste

Odvisno od česa kvantitativna značilnost uporabljene ravni, Obstajajo tri vrste ekoloških piramid:

številke;
biomasa;
energija.

10% pravilo

Po izračunih ekologov gre v vsako naslednjo raven ekološke piramide 10 % biomase oziroma energije prejšnje stopnje. Preostalih 90% se porabi za vitalne procese organizmov in se razprši v obliki toplotnega sevanja.

Ta vzorec se imenuje pravilo ekološke piramide energije in biomase.

Poglejmo si primere. Ena tona zelenih rastlin proizvede približno 100 kg telesne teže rastlinojedih živali. Ko mali plenilci zaužijejo rastlinojede živali, se njihova teža poveča za 10 kg. Če majhne plenilce pojedo veliki, se telesna teža slednjih poveča za 1 kg.

riž. 2. Ekološka piramida biomase

Prehranjevalna veriga: fitoplankton - zooplankton - majhne ribe - velike ribe- Človek. Obstaja že 5 stopenj in da se masa osebe poveča za 1 kg, je potrebno, da prva stopnja vsebuje 10 ton fitoplanktona.

riž. 3. Ekološka energetska piramida

Prednosti vrha

Vrste na vrhu ekološke piramide imajo veliko več možnosti za razvoj. V starih časih so se hitreje razvijale živali, ki so zasedale najvišjo raven v trofičnih odnosih.

V mezozoiku so sesalci zasedali srednje ravni ekološke piramide in so jih aktivno iztrebljali plenilski plazilci. Šele po zaslugi izumrtja so se dinozavri lahko povzpeli na najvišjo raven in zavzeli prevladujoč položaj v vseh ekosistemih.

Lindemannovo pravilo (10%)

Skozi tok energije, ki poteka skozi trofične ravni biocenoze, postopoma ugasne. Leta 1942 je R. Lindeman oblikoval zakon piramide energij ali zakon (pravilo) 10%, po katerem se iz ene trofične ravni ekološke piramide premakne na drugo, višjo raven (vzdolž "lestve": proizvajalec - porabnik - razkrojevalnik) v povprečju približno 10 % energije, prejete na prejšnji ravni ekološke piramide. Povratni tok, povezan s porabo snovi in energije, ki jih proizvaja zgornja raven ekološke piramide na nižjih ravneh, na primer od živali do rastlin, je veliko šibkejši - ne več kot 0,5% (celo 0,25%) celotnega toka, zato lahko rečemo, da o energijskem ciklu v biocenozi ni treba govoriti.

Če se pri prehodu na višjo raven ekološke piramide energija desetkrat izgubi, potem se kopičenje številnih snovi, tudi strupenih in radioaktivnih, poveča v približno enakem razmerju. To dejstvo je določeno v pravilu biološke izboljšave. Velja za vse cenoze. V vodnih biocenozah se kopičijo številne strupene snovi, vključno z organoklorni pesticidi, korelira z maso maščob (lipidov), tj. ima očitno energetsko osnovo.

Ekološke piramide

Vizualizirati odnose med organizmi različne vrste V biocenozi je običajno uporabljati ekološke piramide, pri čemer ločimo piramide števil, biomase in energije.

Med ekološkimi piramidami so najbolj znane in pogosto uporabljene:

§ Piramida števil

§ Piramida biomase

Piramida števil. Za izgradnjo populacijske piramide se prešteje število organizmov na določenem ozemlju in jih razvrsti po trofičnih ravneh:

§ proizvajalci - zelene rastline;

§ primarni potrošniki so rastlinojede živali;

§ sekundarni potrošniki - mesojedci;

§ terciarni potrošniki - mesojedci;

§ potrošniki ga-e (»končni plenilci«) - mesojedci;

§ razkrojevalci - destruktorji.

Vsaka raven je običajno prikazana kot pravokotnik, katerega dolžina ali površina ustreza številčni vrednosti števila posameznikov. Z razporeditvijo teh pravokotnikov v podrejeno zaporedje dobimo ekološko piramido števil (slika 3), katere osnovni princip je prvi oblikoval ameriški ekolog C. Elton Nikolaikin N. I. Ekologija: učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2004.

riž. 3. Ekološka populacijska piramida za travnik poraščen z žiti: številke - število osebkov

Podatke za populacijske piramide je mogoče pridobiti precej preprosto z neposrednim zbiranjem vzorcev, vendar obstajajo nekatere težave:

§ Proizvajalci se zelo razlikujejo po velikosti, čeprav ima en primerek trave ali alge enak status kot eno drevo. To včasih poruši pravilno piramidalno obliko, včasih celo daje obrnjene piramide (sl. 4) Ibid.;

riž.

§ razpon številčnosti različnih vrst je tako širok, da ko grafični prikaz otežuje vzdrževanje lestvice, vendar je v takih primerih mogoče uporabiti logaritemsko lestvico.

Piramida biomase. Ekološka piramida biomase je zgrajena podobno kot piramida števil. Njegov glavni pomen je prikaz količine žive snovi (biomase – skupne mase organizmov) na posamezni trofični ravni. S tem se izognemo nevšečnostim, značilnim za populacijske piramide. V tem primeru je velikost pravokotnikov sorazmerna z maso žive snovi ustrezne ravni, na enoto površine ali prostornine (slika 5, a, b) Nikolaikin N. I. Ekologija: Učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M.: Bustard, 2004. Izraz "piramida biomase" je nastal zaradi dejstva, da je v veliki večini primerov masa primarnih potrošnikov, ki živijo na račun proizvajalcev, bistveno manjša od mase teh proizvajalcev, in masa sekundarnih porabnikov bistveno manjša od mase primarnih porabnikov. Biomasa destruktorjev je običajno prikazana ločeno.

riž. 5. Piramide biomase biocenoz koralnega grebena (a) in Rokavskega preliva (b): številke - biomasa v gramih suhe snovi na 1 m 2

Pri vzorčenju se določi stoječa biomasa oziroma stoječi pridelek (tj. ta trenutekčas), ki ne vsebuje nobenih informacij o stopnji nastajanja ali porabe biomase.

Hitrost ustvarjanja organske snovi ne določa njenih skupnih zalog, tj. skupna biomasa vseh organizmov na vsaki trofični ravni. Zato lahko med nadaljnjo analizo pride do napak, če ne upoštevamo naslednjega:

* prvič, če sta stopnja porabe biomase (izguba zaradi porabe) in stopnja njenega nastajanja enaki, stoječi posevek ne pomeni produktivnosti, tj. o količini energije in snovi, ki se v določenem časovnem obdobju (na primer v enem letu) premika iz ene trofične ravni v drugo, višjo. Tako je lahko na rodovitnem, intenzivno izkoriščenem pašniku pridelek stoječe trave manjši, produktivnost pa večja kot na manj rodovitnem, a malo izkoriščenem za pašo;

* drugič, za majhne proizvajalce, kot so alge, je značilna visoka stopnja rasti in razmnoževanja, ki je uravnotežena z njihovo intenzivno porabo kot hrano s strani drugih organizmov in naravno smrtjo. Zato njihova produktivnost morda ni manjša od produktivnosti velikih proizvajalcev (na primer dreves), čeprav je stoječa biomasa lahko majhna. Z drugimi besedami, fitoplankton z enako produktivnostjo kot drevo bo imel veliko manj biomase, čeprav bi lahko podpiral življenje živali enake mase.

Ena od posledic tega so "obrnjene piramide" (slika 3, b). Zooplankton biocenoz jezer in morij ima najpogosteje večjo biomaso kot njihova hrana - fitoplankton, vendar je stopnja razmnoževanja zelenih alg tako visoka, da v 24 urah obnovijo vso biomaso, ki jo poje zooplankton. Kljub temu je v določenih obdobjih leta (med spomladanskim cvetenjem) opaziti običajno razmerje njihove biomase (slika 6) Nikolaikin N.I. Ekologija: Učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2004.

riž. 6. Sezonske spremembe v piramidah jezerske biomase (na primeru enega od jezer v Italiji): številke - biomasa v gramih suhe snovi na 1 m3

Energijske piramide, o katerih razpravljamo spodaj, so brez navideznih anomalij.

Piramida energij. Najbolj temeljni način odražanja povezav med organizmi različnih trofičnih ravni in funkcionalno organizacijo biocenoz je energetska piramida, v kateri je velikost pravokotnikov sorazmerna z energijskim ekvivalentom na časovno enoto, tj. količina energije (na enoto površine ali prostornine), ki je prešla skozi določeno trofično raven v določenem obdobju (slika 7) Ibid.. Na osnovo energijske piramide je mogoče razumno dodati še en pravokotnik od spodaj, ki odraža pretok sončne energije.

Energijska piramida odraža dinamiko prehajanja prehranske mase skozi prehransko (trofično) verigo, kar jo bistveno razlikuje od piramid števil in biomase, ki odražata statiko sistema (število organizmov v danem trenutku). Na obliko te piramide ne vplivajo spremembe v velikosti in hitrosti presnove posameznikov. Če upoštevamo vse vire energije, bo piramida vedno imela tipičen videz (v obliki piramide z vrhom navzgor), po drugem zakonu termodinamike.

riž. 7. Energijska piramida: številke - količina energije, kJ * m -2 * r -1

Energijske piramide omogočajo ne samo primerjavo različnih biocenoz, temveč tudi ugotavljanje relativnega pomena populacij znotraj ene skupnosti. So najbolj uporabne izmed treh vrst ekoloških piramid, vendar je podatke za njihovo izdelavo najtežje pridobiti.

Eden najuspešnejših in jasnih primerov klasičnih ekoloških piramid so piramide, prikazane na sl. 8 Nikolaikin N.I. Ekologija: učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2004. Ilustrirajo pogojno biocenozo, ki jo je predlagal ameriški ekolog Yu. Odum. »Biocenoza« je sestavljena iz dečka, ki se prehranjuje samo s teletino, in teleta, ki jedo samo lucerno.

riž.

Pravilo 1% Ekologija. Tečaj predavanja. Sestavil: doktor znanosti, izredni profesor A. I. Tihonov, 2002. Pasteurjeve točke, tako kot zakon energetske piramide R. Lindemanna, so privedle do oblikovanja pravil enega in desetih odstotkov. Seveda sta 1 in 10 približni številki: približno 1 in približno 10.

"Magična številka" 1 % izhaja iz razmerja med možnostmi porabe energije in »zmogljivostjo«, potrebno za stabilizacijo okolja. Za biosfero delež možne porabe celotne primarne proizvodnje ne presega 1 % (kar izhaja iz zakona R. Lindemanna: okoli 1 % neto primarne proizvodnje v energijskem smislu porabijo vretenčarji kot porabniki višjih redov, približno 10 % nevretenčarji kot potrošniki nižjih redov, preostali del pa bakterije in saprofagne glive). Takoj, ko je človeštvo na pragu prejšnjega in našega stoletja začelo uporabljati večjo količino biosfernih produktov (zdaj vsaj 10%), Le Chatelier-Brownovo načelo ni bilo več zadoščeno (očitno od približno 0,5% celotna energija biosfere): vegetacija ni zagotavljala rasti biomase v skladu z naraščanjem koncentracije CO 2 itd. (povečanje količine ogljika, ki ga vežejo rastline, so opazili šele v zadnjem stoletju).

Empirično je dovolj priznan prag porabe 5 - 10% količine snovi, ki vodi do opaznih sprememb v sistemih narave pri prehodu skozi njo. Sprejeto je bilo predvsem na empirično-intuitivni ravni, brez razlikovanja oblik in narave nadzora v teh sistemih. Približno je možno razdeliti nastajajoče prehode za naravne sisteme z organizmskimi in konzorcijskimi vrstami upravljanja na eni strani ter populacijske sisteme na drugi. Za prve so vrednosti, ki nas zanimajo, prag za izhod iz stacionarnega stanja do 1% pretoka energije ("norma" porabe) in prag samouničenja - približno 10% tega " norma«. Pri populacijskih sistemih preseganje povprečja 10% volumna odvzema vodi do izstopa teh sistemov iz stacionarnega stanja.