Какво лежи в основата на екологичната пирамида. екологична пирамида

Трофичната структура на биоценозата обикновено се изобразява чрез графични модели под формата на екологични пирамиди. Такива модели са разработени през 1927 г. от английския зоолог К. Елтън.

Екологични пирамиди- това са графични модели (обикновено под формата на триъгълници), които отразяват броя на индивидите (пирамида на числата), количеството на тяхната биомаса (пирамида на биомаса) или енергията, съдържаща се в тях (енергийна пирамида) на всяко трофично ниво и показват намаляване на всички показатели с увеличение трофично ниво.

Има три вида екологични пирамиди.

Пирамида от числа

Пирамида от числа(числа) отразява броя на отделните организми на всяко ниво. В екологията пирамидата на числата се използва рядко, тъй като поради големия брой индивиди на всяко трофично ниво е много трудно да се покаже структурата на биоценозата в същия мащаб.

За да разберем какво е пирамида от числа, нека дадем пример. Да предположим, че в основата на пирамидата има 1000 тона трева, чиято маса е стотици милиони отделни стръкчета трева. Тази растителност ще може да изхрани 27 милиона скакалци, които от своя страна могат да бъдат изядени от около 90 хиляди жаби. Самите жаби могат да служат за храна на 300 пъстърви в езерце. И това е количеството риба, което един човек може да изяде за една година! Така в основата на пирамидата има няколкостотин милиона стръкчета трева, а на върха й има един човек. Такава е очевидната загуба на материя и енергия по време на прехода от едно трофично ниво към друго.

Понякога има изключения от правилото на пирамидата и тогава имаме работа с обърната пирамида от числа.Това може да се наблюдава в гората, където на едно дърво живеят насекоми, които се хранят с насекомоядни птици. Следователно броят на производителите е по-малък от този на потребителите.

Пирамида от биомаса

Пирамида от биомаса -съотношението между производителите и потребителите, изразено в тяхната маса (общо сухо тегло, енергийно съдържание или друга мярка за общата жива материя). Обикновено в сухоземните биоценози общото тегло на производителите е по-голямо от това на потребителите. На свой ред общото тегло на потребителите от първи ред е по-голямо от това на потребителите от втори ред и т.н. Ако организмите не се различават твърде много по размер, тогава на графиката по правило се получава стъпаловидна пирамида със заострен връх.

Американският еколог Р. Риклефс обяснява структурата на пирамидата на биомасата по следния начин: „В повечето земни общности пирамидата на биомасата е подобна на пирамидата на продуктивността. Ако съберем всички организми, които живеят на някаква поляна, тогава теглото на растенията ще бъде много по-голямо от теглото на всички правокрили и копитни животни, които се хранят с тези растения. Теглото на тези тревопасни, от своя страна, ще бъде по-голямо от теглото на птиците и котките, които съставляват нивото на първичните месоядни животни, а последните също ще надвишават теглото на хищниците, които се хранят с тях, ако има такива. Един лъв тежи доста, но лъвовете са толкова редки, че теглото им, изразено в грамове на 1 m 2, ще бъде незначително.

Както в случая с пирамидите от числа, можете да получите т.нар обърната (обърната) пирамида на биомаса, когато биомасата на производителите е по-малка от консуматорите, а понякога и на разлагащите, а в основата на пирамидата не са растения, а животни. Това се отнася главно за водните екосистеми. Например, в океана, с доста висока продуктивност на фитопланктона, общата му маса в даден момент може да бъде по-малка от тази на зоопланктона и крайния потребител (китове, големи риби, мекотели).

енергийна пирамида

енергийна пирамидаотразява количеството енергиен поток, скоростта на преминаване на маса храна през хранителната верига. Структурата на биоценозата до голяма степен се влияе не от количеството фиксирана енергия, а от скоростта на производство на храна.

Всички екологични пирамиди се изграждат по едно и също правило, а именно: в основата на всяка пирамида има зелени растения, а при изграждането на пирамиди, редовно намаляване от основата до върха на броя на индивидите (пирамида на числата), техните биомасата (пирамида на биомасата) и енергията, преминаваща през хранителните стойности, се взема предвид (пирамида на енергията).

През 1942 г. американският еколог Р. Линдеман формулира закон на енергийната пирамида, според който средно около 10% от енергията, получена от предишното ниво, преминава от едно трофично ниво на друго чрез цените на храните екологична пирамида. Останалата част от енергията се изразходва за осигуряване на жизненоважни процеси. В резултат на метаболитните процеси организмите губят около 90% от цялата енергия във всяко звено на хранителната верига. Следователно, за да се получи например 1 kg костур, трябва да се изразходват приблизително 10 kg рибни пържени, 100 kg зоопланктон и 1000 kg фитопланктон.

Общата схема на процеса на пренос на енергия е следната: през горните трофични нива преминава много по-малко енергия, отколкото през долните. Ето защо големите хищни животни винаги са рядкост и няма хищници, които да се хранят например с вълци. В този случай те просто няма да се хранят сами, толкова малко вълци са.

>> Екологични пирамиди

Екологични пирамиди

1. Какво е хранителна мрежа?
2. 2 Кои организми са продуценти?
3. По какво се различават потребителите от производителите?

Трансфер на енергия в общността.

Във всяка трофична верига не цялата храна се използва за растежа на индивидите, т.е. за образуването на биомаса. Част от него се изразходва за покриване на енергийните разходи на организмите: дишане, движение, размножаване, поддържане на телесната температура и т.н. Следователно във всяка следваща връзка хранителната веригабиомасата намалява. Обикновено, колкото по-голяма е масата на първоначалната връзка на хранителната верига, толкова по-голяма е тя в следващите връзки.

Хранителната верига е основният канал за пренос на енергия в една общност. С намаляването на разстоянието от първичния производител количеството му намалява. Това се дължи на редица причини.

Прехвърлянето на енергия от едно ниво на друго никога не е пълно. Част от енергията се губи в процеса на преработка на храната, а част изобщо не се усвоява от тялото и се отделя от него с екскременти, след което се разлага от деструктори.

Част от енергията се губи като топлина по време на дишането. Всяко животно, което се движи, ловува, строи гнездо или извършва други действия, извършва работа, която изисква енергия, в резултат на което отново се отделя топлина.

Спадът в количеството енергия по време на прехода от едно трофично ниво към друго (по-високо) определя броя на тези нива и съотношението на хищници към плячка. Изчислено е, че всяко дадено трофично ниво получава около 10% (или малко повече) от енергията на предишното ниво. Ето защо общ бройрядко има повече от четири или шест трофични нива.

Това явление, изобразено графично, се нарича екологична пирамида. Има пирамида от числа (индивиди), пирамида от биомаса и пирамида от енергия.

Основата на пирамидата се формира от производители ( растения). Над тях са консументи от първи ред (тревопасни). Следващото ниво е представено от консуматори от втори ред (хищници). И така до върха на пирамидата, който е зает от най-големите хищници. Височината на пирамидата обикновено съответства на дължината на хранителната верига.

Пирамидата на биомасата показва съотношението на биомасата на организми от различни трофични нива, изобразени графично по такъв начин, че дължината или площта на правоъгълника, съответстваща на определено трофично ниво, е пропорционална на неговата биомаса (фиг. 136).

Съдържание на урока обобщение на урока и опорна рамка представяне на урока ускорителни методи и интерактивни технологии затворени упражнения(за използване само от учители) оценяване Практикувайте задачи и упражнения, семинари за самопроверка, лаборатория, казуси ниво на сложност на задачите: нормално, високо, домашна олимпиада Илюстрации илюстрации: видео клипове, аудио, снимки, графики, таблици, комикси, мултимедийни есета чипове за любознателни ясли хумор, притчи, вицове, поговорки, кръстословици, цитати Добавки външно независимо изпитване (ВНО) учебници основни и допълнителни тематични празници, лозунги статии национални характеристикиречник на термините други Само за учители

Екологичната пирамида е графично представяне на загубите на енергия в хранителните вериги.

Хранителните вериги са стабилни вериги от взаимосвързани видове, които последователно извличат материали и енергия от първоначалното хранително вещество, които са се развили по време на еволюцията на живите организми и биосферата като цяло. Те съставляват трофичната структура на всяка биоценоза, чрез която се извършва пренос на енергия и кръговрат на веществата. Хранителната верига се състои от поредица от трофични нива, чиято последователност съответства на потока на енергия.

Основният източник на енергия в хранителните вериги е слънчевата енергия. Първото трофично ниво - производители (зелени растения) - използват слънчевата енергия в процеса на фотосинтеза, създавайки първичната продукция на всяка биоценоза. В същото време само 0,1% от слънчевата енергия се използва в процеса на фотосинтеза. Ефективността, с която зелените растения усвояват слънчевата енергия, се оценява чрез стойността на първичната продуктивност. Повече от половината енергия, свързана с фотосинтезата, веднага се консумира от растенията в процеса на дишане, останалата част от енергията се прехвърля по-нататък по хранителните вериги.

В същото време има важна закономерност, свързана с ефективността на използването и преобразуването на енергията в процеса на хранене. Същността му е следната: количеството енергия, изразходвано за поддържане на собствената жизнена активност в хранителните вериги, нараства от едно трофично ниво на друго, докато производителността намалява.

Фитобиомаса се използва като източник на енергия и материал за създаване на биомаса на организми от втория

консументи на трофично ниво от първи ред - тревопасни. Обикновено производителността на второто трофично ниво е не повече от 5 - 20% (10%) от предишното ниво. Това се отразява в съотношението на растителната и животинската биомаса на планетата. Обемът на енергията, необходима за осигуряване на жизнената дейност на организма, нараства с повишаване на нивото на морфофункционална организация. Съответно количеството биомаса, създадено на по-високи трофични нива, намалява.

Екосистемите са много разнообразни относителна скоростсъздаване и изразходване както на нетно първично производство, така и на нетно вторично производство на всяко трофично ниво. Въпреки това, всички екосистеми, без изключение, се характеризират с определени съотношения на първично и вторично производство. Количеството растителна материя, което служи като основа на хранителната верига, винаги е няколко пъти (около 10 пъти) по-голямо от общата маса на тревопасните животни и масата на всяка следваща връзка в хранителната верига съответно се променя пропорционално.

Прогресивното намаляване на асимилираната енергия в поредица от трофични нива е отразено в структурата на екологичните пирамиди.

Намаляването на количеството налична енергия на всяко следващо трофично ниво е придружено от намаляване на биомасата и броя на индивидите. Пирамидите от биомаса и изобилие от организми за дадена биоценоза се повтарят в в общи линииконфигурация на пирамидата на производителността.

Графично екологичната пирамида е изобразена като няколко правоъгълника с еднаква височина, но различна дължина. Дължината на правоъгълника намалява от дъното към върха, което съответства на намаляване на производителността на следващите трофични нива. Долният триъгълник е най-голям по дължина и съответства на първо трофично ниво - производители, вторият е приблизително 10 пъти по-малък и съответства на второ трофично ниво - тревопасни животни, консументи от първи ред и др.

Скоростта на създаване на органично вещество не определя неговите общи запаси, т.е. общата маса на организмите на всяко трофично ниво. Наличната биомаса на производителите и потребителите в конкретни екосистеми зависи от това как скоростите на натрупване на органична материя на определено трофично ниво и нейното прехвърляне на по-високо, т.е. корелират помежду си. колко силно е изразходването на формираните резерви. Важна роля играе скоростта на възпроизвеждане на основните поколения производители и потребители.

В повечето сухоземни екосистеми, както вече беше споменато, важи и правилото за биомасата, т.е. общата маса на растенията се оказва по-голяма от биомасата на всички тревопасни, а масата на тревопасните превишава масата на всички хищници.

Необходимо е да се прави количествена разлика между производителността - а именно годишния растеж на растителността - и биомасата. Разликата между първичната продукция на биоценозата и биомасата определя степента на паша на растителната маса. Дори за общности с преобладаване на тревисти форми, чиято степен на възпроизводство на биомаса е доста висока, животните използват до 70% от годишния прираст на растенията.

В тези трофични вериги, където преносът на енергия се осъществява чрез връзките „хищник-плячка“, често се наблюдават пирамиди на броя на индивидите: общият брой на индивидите, участващи в хранителните вериги, намалява с всяка връзка. Това се дължи и на факта, че хищниците като правило са по-големи от жертвите си. Изключение от правилата на пирамидата на числата са случаите, когато малките хищници живеят чрез групов лов на големи животни.

И трите правила на пирамидата - продуктивност, биомаса и изобилие - изразяват енергийните взаимоотношения в екосистемите. В същото време пирамидата на продуктивността има универсален характер, докато пирамидите на биомасата и изобилието се появяват в общности с определена трофична структура.

Познаването на законите на продуктивността на екосистемите, способността за количествено определяне на потока от енергия са от голямо практическо значение. Първично производство на агроценози и човешка експлоатация природни съобщества- основният източник на храна за хората. ВажностОсвен това има вторично производство на биоценози, получени от промишлени и селскостопански животни, като източник на животински протеин. Познаването на законите за разпределение на енергията, потоците на енергия и материя в биоценозите, законите на производителността на растенията и животните, разбирането на границите на допустимото изтегляне на растителна и животинска биомаса от природните системи ни позволяват правилно да изграждаме взаимоотношения в "обществото" система "природа".

Отношенията, при които едни организми изяждат други организми или техни останки или секрети (екскременти), се наричат трофичен (trofe - хранене, храна, гр.). В същото време хранителните връзки между членовете на екосистемата се изразяват чрез трофични (хранителни) вериги . Примери за такива вериги са:

Мъх мъх → елен → вълк (тундрова екосистема);

Трева → крава → човек (антропогенна екосистема);

микроскопични водорасли (фитопланктон) → буболечки и дафнии (зоопланктон) → хлебарка → щука → чайки (водна екосистема).

Влиянието върху хранителните вериги с цел тяхното оптимизиране и получаване на повече или по-качествени продукти не винаги е успешно. Така широко известен от литературата е примерът с вноса на крави в Австралия. Преди това естествените пасища са били използвани главно от кенгура, чиито екскременти са били успешно развити и преработени от австралийския торен бръмбар. Кравешкият тор не се използва от австралийския бръмбар, в резултат на което започва постепенната деградация на пасищата. За да спре този процес, европейският торен бръмбар трябваше да бъде пренесен в Австралия.

Трофичните или хранителните вериги могат да бъдат представени във формата пирамиди. Числената стойност на всяко стъпало на такава пирамида може да се изрази чрез броя на индивидите, тяхната биомаса или натрупаната в нея енергия.

В съответствие със закон на енергийната пирамидаР. Линдеман и правило за десет процента , приблизително 10% (от 7 до 17%) от енергията или материята в енергийно отношение преминава от всеки етап към следващия етап (фиг. 3.7). Имайте предвид, че на всяко следващо ниво, с намаляване на количеството енергия, нейното качество се повишава, т.е. способността за извършване на работата на единица животинска биомаса е съответен брой пъти по-висока от същата растителна биомаса.

Ярък примере трофична верига открито морепредставени от планктон и китове. Масата на планктона е разпръсната в океанската вода и ако биопродуктивността на откритото море е по-малка от 0,5 g/m2 ден-1, количеството потенциална енергия в кубичен метърокеанската вода е безкрайно малка в сравнение с енергията на кит, чиято маса може да достигне няколкостотин тона. Както знаете, китовата мас е висококалоричен продукт, който дори се е използвал за осветление.

Фиг.3.7. Пирамида на преноса на енергия по хранителната верига (според Y. Odum)

При унищожаването на органиката също се наблюдава съответна последователност: например около 90% от енергията на чистата първична продукция се отделя от микроорганизми и гъби, по-малко от 10% от безгръбначни и по-малко от 1% от гръбначни, които са крайни костюми. В съответствие с последната цифра, правило за един процент : за стабилността на биосферата като цяло, делът на възможното крайно потребление на нетната първична продукция в енергийно изражение не трябва да надвишава 1%.

Въз основа на хранителната верига като основа за функционирането на екосистемата е възможно да се обяснят и случаите на натрупване в тъканите на определени вещества (например синтетични отрови), които, докато се движат по трофичната верига, не участват в нормалния метаболизъм на организма. Според правила за биологично усилване има приблизително десетократно увеличение на концентрацията на замърсителя при преминаване към повече високо нивоекологична пирамида.

По-специално, привидно незначително увеличение на съдържанието на радионуклиди в речната вода на първото ниво на трофичната верига се асимилира от микроорганизми и планктон, след което се концентрира в рибните тъкани и достига максимални стойности в чайките. Техните яйца имат ниво на радионуклиди 5000 пъти по-високо от фоновото замърсяване.

Видовият състав на организмите обикновено се изучава на ниво популации .

Припомнете си, че популацията е съвкупност от индивиди от един и същи вид, обитаващи една и съща територия, имащи общ генофонди способността за свободно кръстосване. AT общ случай, една или друга популация може да бъде в рамките на определена екосистема, но може и да се разпространи извън границите. Например популацията на черния мармот от хребета Туора-Сис, включена в Червената книга, е известна и защитена. Тази популация не се ограничава до този ареал, но се простира и по-на юг до планините Верхоянск в Якутия.

Средата, в която обикновено се среща изследваният вид, се нарича местообитание.

По правило една екологична ниша се заема от един вид или неговата популация. Със същите изисквания за околен святи хранителните ресурси два вида неизменно влизат в конкурентна борба, която обикновено завършва с изместването на един от тях. Тази ситуация е известна в системната екология като Принцип на G.F Гаузе , който гласи, че два вида не могат да съществуват в едно и също находище, ако техните екологични нужди са идентични, т.е. ако заемат една и съща ниша. Съответно системата от взаимодействащи популации, диференцирани по екологични ниши, допълващи се взаимно в по-голяма степен, отколкото конкуриращи се помежду си за използване на пространство, време и ресурси, се нарича общност (ценоза).

Полярната мечка не може да живее в екосистемите на тайгата, точно както кафявата мечка в полярните региони.

Видообразуването винаги е адаптивно, така че Аксиомата на Ч. Дарвинвсеки вид е приспособен към строго определен набор от специфични за него условия на съществуване. В същото време организмите се размножават с интензивност, която осигурява максималния възможен брой от тях ( правило за максимално "жизнено налягане"" ).

Например организмите от океански планктон доста бързо покриват пространство от хиляди квадратни километрипод формата на филм. V.I.Vernadsky изчислява, че скоростта на движение на бактерия на Фишер с размер 10-12 cm3 чрез размножаване по права линия ще бъде равна на около 397 200 m/h - скоростта на самолет! Прекомерното размножаване на организмите обаче е ограничено от ограничаващи фактори и корелира с количеството хранителни ресурси на тяхното местообитание.

Когато видовете изчезнат, предимно съставени от големи индивиди, в резултат се променя материално-енергийната структура на квалификациите. Ако енергийният поток, преминаващ през екосистемата, не се променя, тогава механизмите екологично дублиране според принципа: застрашен или унищожен вид в рамките на едно ниво на екологичната пирамида заменя друг функционално-ценотичен, подобен. Смяната на един вид е по схемата: малък сменя голям, еволюционно по-ниско организиран, по-високо организиран, генетично по-лабилен, генетично по-малко променлив. Тъй като една екологична ниша в една биоценоза не може да бъде празна, непременно възниква екологично дублиране.

Нарича се последователна промяна на биоценози, последователно възникващи на една и съща територия под въздействието на природни фактори или човешко въздействие. приемственост (наследственост - непрекъснатост, лат.). Например, след горски пожар дълги години опожареното място се заселва първо с треви, след това с храсти, след това с широколистни дървета и накрая с иглолистни гори. В този случай последователните общности, които се заменят една друга, се наричат серии или етапи. Крайният резултат от приемствеността ще бъде състоянието на стабилизирана екосистема - менопаузата (кулминация - стълби, "зряла стъпка", гр.).

Нарича се последователност, която започва в незаета преди това област първичен . Те включват селища на лишеи върху камъни, които по-късно ще заменят мъхове, треви и храсти (фиг. 3.8). Ако една общност се развива на мястото на вече съществуваща (например след пожар или изкореняване, устройство за езерце или резервоар), тогава те говорят за втори приемства. Разбира се, степента на наследяване ще варира. Първичните наследявания могат да отнемат стотици или хиляди години, докато вторичните наследявания са по-бързи.

Всички популации от производители, потребители и хетеротрофи тясно взаимодействат чрез трофични вериги и по този начин поддържат структурата и целостта на биоценозите, координират потоците на енергия и вещества и определят регулирането на тяхната среда. Цялата съвкупност от тела на живи организми, населяващи Земята, е физически и химически едно цяло, независимо от тяхната систематична принадлежност, и се нарича жива материя ( законът за физико-химичното единство на живата материя от В. И. Вернадски). Масата на живата материя е сравнително малка и се оценява на 2,4-3,6 * 1012 тона (в сухо тегло). Ако се разпредели по цялата повърхност на планетата, се получава слой от само един сантиметър и половина. Според VI Vernadsky, този "филм на живота", който е по-малък от 10-6 маси на други черупки на Земята, е "една от най-мощните геохимични сили на нашата планета".

В резултат на сложни хранителни взаимоотношения между различни организми, трофични (хранителни) връзки или хранителни вериги.Хранителната верига обикновено се състои от няколко звена:

производители – консуматори – разложители.

екологична пирамида- количеството растителна материя, което служи като основа за хранене, е няколко пъти по-голямо от общата маса на тревопасните животни, а масата на всяка от следващите връзки в хранителната верига е по-малка от предишната (фиг. 54).

Екологична пирамида - графични изображениявзаимоотношения между производители, потребители и разлагащи се в екосистемата.

Ориз. 54. Опростена схема на екологичната пирамида

или пирамиди от числа (по Korobkin, 2006)

Графичният модел на пирамидата е разработен през 1927 г. от американски зоолог Чарлз Елтън. Основата на пирамидата е първото трофично ниво - нивото на производителите, а следващите етажи на пирамидата се формират от следващите нива - консументи от различни разряди. Височината на всички блокове е еднаква, а дължината е пропорционална на броя, биомасата или енергията на съответното ниво. Има три начина за изграждане на екологични пирамиди.

1. Пирамида от числа (числа) отразява броя на отделните организми на всяко ниво (виж Фиг. 55). Например, за да нахраните един вълк, е необходимо, поне, няколко заека, които може да ловува; за да нахраните тези зайци, имате нужда от доста голям брой различни растения. Понякога пирамидите от числа могат да бъдат обърнати или обърнати. Това се отнася за горските хранителни вериги, когато дърветата служат като производители, а насекомите като първични консуматори. В този случай нивото на първичните потребители е числено по-богато от нивото на производителите (голям брой насекоми се хранят с едно дърво).

2. Пирамида от биомаса – съотношението на масите на организмите от различни трофични нива. Обикновено в сухоземните биоценози общата маса на производителите е по-голяма от всяка следваща връзка. На свой ред общата маса на потребителите от първи ред е по-голяма от тази на потребителите от втори ред и т.н. Ако организмите не се различават твърде много по размер, тогава графиката обикновено показва стъпаловидна пирамида със заострен връх. И така, за образуването на 1 кг говеждо месо са необходими 70-90 кг прясна трева.

Във водните екосистеми също е възможно да се получи обърната или обърната пирамида на биомаса, когато биомасата на производителите е по-малка от тази на потребителите, а понякога и на разлагащите. Например, в океана, с доста висока продуктивност на фитопланктона, общата му маса в даден момент може да бъде по-малка от тази на консуматорите (китове, големи риби, мекотели) (фиг. 55).

Ориз. 55. Пирамиди от биомаса на някои биоценози (по Korobkin, 2004):

P - производители; RK - тревопасни консументи; PC - месоядни консуматори;

F, фитопланктон; 3 - зоопланктон (най-дясната пирамида на биомаса има обърнат изглед)

Пирамидите от числа и биомаса отразяват статиченсистеми, т.е. характеризират броя или биомасата на организмите за определен период от време. Те не дават пълна информация за трофичната структура на екосистемата, но позволяват решаването на редица практически задачи, особено свързани с поддържането на устойчивостта на екосистемите. Числената пирамида позволява например да се изчисли допустимата стойност на улов на риба или отстрел на животни по време на периода на лов без последствия за нормалното им възпроизводство.

3. енергийна пирамида отразява количеството енергиен поток, скоростта на преминаване на маса храна през хранителната верига. Структурата на биоценозата до голяма степен се влияе не от количеството фиксирана енергия, а от скоростта на производство на храна (фиг. 56).

Установено е, че максималното количество енергия, прехвърлено към следващото трофично ниво, в някои случаи може да бъде 30% от предишното и това е в най-добрия случай. В много биоценози, хранителни вериги, стойността на пренесената енергия може да бъде само 1%.

Ориз. 56. Пирамида на енергията (закон от 10% или 10:1),

(по Цветкова, 1999)

През 1942 г. американският еколог Р. Линдеман формулира законът на пирамидата на енергиите (законът на 10 процента), според който средно около 10% от енергията, получена от предишното ниво на екологичната пирамида, преминава от едно трофично ниво през хранителни вериги към друго трофично ниво. Останалата част от енергията се губи под формата на топлинно излъчване, движение и др. Организмите, в резултат на метаболитни процеси, губят около 90% от цялата енергия, която се изразходва за поддържане на тяхната жизнена активност във всяка връзка от хранителната верига .

Ако заек изяде 10 кг растителна маса, собственото му тегло може да се увеличи с 1 кг. Лисица или вълк, изяждайки 1 кг заек, увеличават масата си само със 100 г. При дървесните растения този дял е много по-малък поради факта, че дървесината се усвоява слабо от организмите. За тревите и водораслите тази стойност е много по-висока, тъй като те нямат трудносмилаеми тъкани. Въпреки това, общата закономерност на процеса на пренос на енергия остава: много по-малко енергия преминава през горните трофични нива, отколкото през долните нива.

Ето защо хранителните вериги обикновено не могат да имат повече от 3-5 (рядко 6) връзки, а екологичните пирамиди не могат да се състоят от голям брой етажи. До крайната връзка на хранителната верига, както и до най-горния етаж на екологичната пирамида, ще има толкова малко енергия, че няма да стигне, ако броят на организмите се увеличи.

1. Пирамиди от числа- на всяко ниво се нанася броят на отделните организми.

Пирамидата от числа отразява ясен модел, открит от Елтън: броят на индивидите, които съставляват последователна поредица от връзки от производители към потребители, непрекъснато намалява (фиг. 3).

Например, за да нахраните един вълк, имате нужда от поне няколко заека, които той може да ловува; за да нахраните тези зайци, имате нужда от доста голям брой различни растения. В този случай пирамидата ще изглежда като триъгълник с широка основа, стеснена нагоре.

Тази форма на пирамидата на числата обаче не е типична за всички екосистеми. Понякога те могат да бъдат обърнати или обърнати. Това се отнася за горските хранителни вериги, когато дърветата служат като производители, а насекомите като първични консуматори. В този случай нивото на първичните потребители е числено по-богато от нивото на производителите (голям брой насекоми се хранят на едно дърво), така че пирамидите от числа са най-малко информативни и най-малко показателни, т.е. броят на организмите от едно и също трофично ниво до голяма степен зависи от техния размер.

2. пирамиди от биомаса- характеризира общата суха или мокра маса на организмите на дадено трофично ниво, например в единици маса на единица площ - g / m 2, kg / ha, t / km 2 или на обем - g / m 3 (фиг. 4)

Обикновено в сухоземните биоценози общата маса на производителите е по-голяма от всяка следваща връзка. На свой ред общата маса на потребителите от първи ред е по-голяма от тази на потребителите от втори ред и т.н.

В този случай (ако организмите не се различават твърде много по размер), пирамидата също ще изглежда като триъгълник с широка основа, стесняваща се нагоре. Има обаче значителни изключения от това правило. Например в моретата биомасата на тревопасния зоопланктон е значително (понякога 2-3 пъти) по-голяма от биомасата на фитопланктона, който е представен главно от едноклетъчни водорасли. Това се обяснява с факта, че водораслите много бързо се изяждат от зоопланктона, но много високата скорост на делене на клетките им ги предпазва от пълно изяждане.

Като цяло, сухоземните биогеоценози, където производителите са големи и живеят относително дълго, се характеризират с относително стабилни пирамиди с широка основа. Във водните екосистеми, където производителите са малки по размер и имат кратък жизнен цикъл, пирамидата на биомасата може да бъде обърната или обърната (насочена надолу). Така че в езерата и моретата масата на растенията надвишава масата на потребителите само през периода на цъфтеж (пролет), а през останалата част от годината ситуацията може да бъде обратна.

Пирамидите от числа и биомаса отразяват статиката на системата, т.е. характеризират броя или биомасата на организмите за определен период от време. Те не дават пълна информация за трофичната структура на екосистемата, но позволяват решаването на редица практически проблеми, особено тези, свързани с поддържането на стабилността на екосистемите.

Числената пирамида позволява например да се изчисли допустимата стойност на улов на риба или отстрел на животни по време на периода на лов без последствия за нормалното им възпроизводство.

3. енергийни пирамиди- показва големината на енергийния поток или производителността на последователни нива (фиг. 5).

За разлика от пирамидите на числата и биомасата, които отразяват статиката на системата (броя на организмите в даден момент), пирамидата на енергията, отразяваща картината на скоростта на преминаване на маса от храна (количество енергия ) през всяко трофично ниво на хранителната верига, дава най-пълната картина на функционалната организация на общностите.

Формата на тази пирамида не се влияе от промените в размера и интензивността на метаболизма на индивидите и ако се вземат предвид всички източници на енергия, тогава пирамидата винаги ще има типичен външен вид с широка основа и заострен връх. Когато се изгражда енергийна пирамида, към нейната основа често се добавя правоъгълник, показващ притока на слънчева енергия.

През 1942 г. американският еколог Р. Линдеман формулира закона на пирамидата на енергиите (законът на 10 процента), според който средно около 10% от енергията, получена от предишното ниво на екологичната пирамида, преминава от един трофично ниво през хранителни вериги до друго трофично ниво. Останалата част от енергията се губи под формата на топлинно излъчване, движение и др. Организмите, в резултат на метаболитни процеси, губят около 90% от цялата енергия, която се изразходва за поддържане на жизнената им активност във всяка връзка от хранителната верига.

Помислете за трансформацията на енергия в една екосистема, като използвате примера на проста пасищна трофична верига, в която има само три трофични нива.

1. Ниво - тревисти растения,

2. Ниво - тревопасни бозайници, например зайци

3. Ниво - хищни бозайници, например лисици

Хранителните вещества се създават в процеса на фотосинтеза от растенията, които са от неорганични вещества (вода, въглероден диоксид, минерални соли и др.), като се използва енергия слънчева светлинаобразуват органична материя и кислород, както и АТФ. След това част от електромагнитната енергия на слънчевата радиация се преобразува в енергия химически връзкисинтезирани органични вещества.

всичко органична материя, създаден в процеса на фотосинтеза се нарича брутна първична продукция (GPP). Част от енергията на брутното първично производство се изразходва за дишане, което води до образуването на нетно първично производство (NPP), което е самото вещество, което влиза във второто трофично ниво и се използва от зайците.

Нека пистата е 200 конвенционални единици енергия, а разходите на растенията за дишане (R) са 50%, т.е. 100 конвенционални единици енергия. Тогава чистото първично производство ще бъде равно на: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), т.е. на второто трофично ниво зайците ще получат 100 конвенционални единици енергия.

Въпреки това, поради различни причинизайците са в състояние да консумират само определена част от NPP (в противен случай ресурсите за развитие на живата материя биха изчезнали), но значителна част от тях под формата на мъртви органични остатъци (подземни части на растения, твърда дървесина на стъбла, клони и др.) не може да се яде от зайци. Той навлиза в хранителните вериги на детрита и (или) се разлага от декомпозитори (F). Другата част отива за изграждане на нови клетки (размер на популацията, растеж на зайци - P) и осигуряване на енергиен метаболизъм или дишане (R).

В този случай, според балансовия подход, уравнението на баланса на потреблението на енергия (C) ще изглежда така: C = P + R + F, т.е. енергията, получена на второ трофично ниво, ще се изразходва, съгласно закона на Линдеман, за нарастване на населението - P - 10%, останалите 90% ще бъдат изразходвани за дишане и отстраняване на несмляна храна.

Така в екосистемите с повишаване на трофичното ниво се наблюдава бързо намаляване на енергията, натрупана в телата на живите организми. Оттук става ясно защо всяко следващо ниво винаги ще бъде по-малко от предишното и защо хранителните вериги обикновено не могат да имат повече от 3-5 (рядко 6) връзки, а екологичните пирамиди не могат да се състоят от голям брой етажи: до финала връзката на хранителната верига по същия начин, както на горния етаж на екологичната пирамида, ще получи толкова малко енергия, че няма да е достатъчна в случай на увеличаване на броя на организмите.

Такава последователност и подчиненост на групи организми, свързани под формата на трофични нива, е потокът от материя и енергия в биогеоценозата, основата на нейната функционална организация.

Най-важният тип връзка между организмите в биоценозата, които всъщност формират нейната структура, са хранителните връзки на хищник и плячка: някои ядат, други се ядат. В същото време всички организми, живи и мъртви, са храна за други организми: заекът яде трева, лисицата и вълкът ловуват зайци, хищни птици(ястреби, орли и др.) могат да влачат и изяждат както лисиче, така и вълче. Мъртвите растения, зайци, лисици, вълци, птици стават храна за детритиви (разлагащи или по друг начин разрушители).

Хранителната верига е последователност от организми, в които всеки яде или разгражда другия. Той представлява пътя на еднопосочен поток на малка част от високоефективната слънчева енергия, погълната по време на фотосинтезата, която идва на Земята, движейки се през живи организми. В крайна сметка тази верига се връща в естествената среда под формата на нискоефективна топлинна енергия. Хранителните вещества също се движат по него от производителите към потребителите и след това към разлагащите и след това обратно към производителите.

Всяка връзка в хранителната верига се нарича трофично ниво. Първото трофично ниво е заето от автотрофи, иначе наричани първични производители. Организмите от второто трофично ниво се наричат първични потребители, третото - вторични потребители и т.н. Обикновено има четири или пет трофични нива и рядко повече от шест (фиг. 1).

Има два основни типа хранителни вериги - паша (или "хранене") и детритна (или "гниеща").

Ориз. 1. Хранителни вериги на биоценозата според N.F. Reimers: обобщен (a) и реален (b)

Стрелките на фигура 1 показват посоката на движение на енергията, а числата показват относителното количество енергия, идващо на трофично ниво.

В пасищните хранителни вериги първото трофично ниво се заема от зелени растения, второто - от пасищни животни (терминът "пасища" обхваща всички организми, които се хранят с растения), а третото - хищници.

И така, пасищните хранителни вериги са:

РАСТИТЕЛЕН МАТЕРИАЛ (напр. нектар) => МУХА => ПАЯК =>

=> ШРЕДЕР => БУХАЛ

СОК ОТ РОЗОВ ХРАСТ => ЛИСТНИ ВЪШКИ => КАЛИНКА => ПАЯК =>

=> НАСЕКОМОЯДНА ПТИЦА => ХИЩНА ПТИЦА.

Детритната хранителна верига започва с детрит по схемата:

ДЕТРИТ-> ДЕТРИТОФИЯ -> ХИЩНИК

Типичните детритни хранителни вериги са:

ГОРСКА ПОСТИЛКА => Земен червей => BLACKDRUS =>

=> ЯСТРЕБ ВРАБЧЕ

МЪРТВО ЖИВОТНО \u003d\u003e НОСИТЕЛ НА МУХА ЛАРВИИ \u003d\u003e ТРЕВНА ЖАБА \u003d\u003e ОБИКНОВЕН ОХЛЮВ.

Концепцията за хранителните вериги ни позволява да проследим по-нататък цикъла химически елементив природата, въпреки че прости хранителни вериги като тези, изобразени по-рано, където всеки организъм е представен като хранещ се само с един вид организъм, са рядкост в природата.

Истинските хранителни взаимоотношения са много по-сложни, защото животното може да се храни с организми различни видовевключени в една и съща хранителна верига или в различни вериги, което е особено характерно за хищници (консуматори) на по-високи трофични нива. Връзката между хранителните вериги на пасищата и детрита е илюстрирана от модела на енергийния поток, предложен от Ю. Одум (фиг. 2).

Всеядните животни (по-специално хората) се хранят както с потребители, така и с производители. Така в природата хранителните вериги се преплитат, образуват хранителни (трофични) мрежи.

Ориз. 2. Схема на пасищни и детритни хранителни вериги (според Ю. Одум)

Правилото на Линдеман (10%)

Проходният енергиен поток, преминаващ през трофичните нива на биоценозата, постепенно загасва. През 1942 г. Р. Линдеман формулира закона на пирамидата на енергиите или закона (правилото) на 10%, според който от едно трофично ниво на екологичната пирамида се преминава към друго, по-високо ниво (по "стълбата": производител - потребител - разлагащ) средно около 10% от енергията, получена на предишното ниво на екологичната пирамида. Обратният поток, свързан с потреблението на вещества и енергията, произведена от горното ниво на екологичната пирамида на енергия от по-ниските й нива, например от животни към растения, е много по-слаб - не повече от 0,5% (дори 0,25%) от общия му поток и следователно можем да кажем, че цикълът на енергия в биоценозата не е необходим.

Ако енергията се губи десетократно при прехода към по-високо ниво на екологичната пирамида, то натрупването на редица вещества, включително токсични и радиоактивни, се увеличава приблизително в същата пропорция. Този факт е фиксиран в правилото за биологично усилване. Важи за всички ценози. Във водните биоценози натрупването на много токсични вещества, включително органохлорни пестициди, корелира с масата на мазнините (липидите), т.е. очевидно има енергиен фон.

Мангрови гори

Хранителните вериги могат да бъдат разделени на два вида. Пасищната верига започва от зелено растение и продължава към пасящи тревопасни животни и след това към хищници. Примери за вериги за паша са показани на илюстрациите в параграф 4.2. Веригата на детрита преминава от мъртва органична материя (детрит) до разлагащи се и животни, които ядат мъртви останки (детритоядни), и след това до хищници, които се хранят с тези животни и микроби. Тази фигура показва пример за хранителна верига от детрит от тропиците; това е верига, започваща от падащите листа на мангровите дървета - дървета и храсти, растящи по морските брегове, периодично наводнявани от приливи и в устия. Листата им падат в солени води, обрасли с мангрови дървета, и се носят от течението през огромна площ от заливи. Във водата върху падналите листа се развиват гъби, бактерии и протозои, които заедно с листата се изяждат от множество организми: риби, мекотели, раци, ракообразни, ларви на насекоми и кръгли червеи - нематоди. Тези животни се хранят с малки риби (например миноуси), а те от своя страна се ядат от големи риби и хищни рибоядни птици.

ХРАНИТЕЛНА ВЕРИГА(трофична верига, хранителна верига), връзката на организмите чрез връзката храна - потребител (някои служат като храна за други). В този случай трансформацията на материя и енергия от производители(първични производители) чрез потребители(потребители) към разлагачи(преобразуватели на мъртва органика в неорганични вещества, усвоими от производителите).

Има 2 вида хранителни вериги - пасищни и детритни. Пасищната верига започва от зелени растения, отива при тревопасни тревопасни животни (консументи от 1-ви ред) и след това към хищници, които ловят тези животни (в зависимост от мястото във веригата - консументи от 2-ри и следващи разреди). Детритната верига започва с детрит (продукт на органично разпадане), отива до микроорганизми, които се хранят с него, и след това до хранители на детрит (животни и микроорганизми, участващи в процеса на разлагане на умираща органична материя).

Пример за пасищна верига е нейният многоканален модел в африканската савана. Първични производители са треви и дървета, консументи от 1-ви ред са тревопасни насекоми и тревопасни животни (копитни животни, слонове, носорози и др.), 2-ри ред - хищни насекоми, 3-ти ред - месоядни влечуги (змии и др.), 4-ти - хищни бозайници и хищни птици. От своя страна детритоядните (бръмбари скарабеи, хиени, чакали, лешояди и др.) на всеки етап от пасищната верига унищожават трупове на мъртви животни и остатъци от храна на хищници. Броят на индивидите, включени в хранителната верига, постоянно намалява във всяка от нейните връзки (правилото на екологичната пирамида), т.е. броят на жертвите всеки път значително надвишава броя на техните потребители. Хранителните вериги не са изолирани една от друга, а се преплитат една в друга, образувайки хранителни мрежи.

Поддържането на жизнената дейност на организмите и циркулацията на материята в екосистемите, т.е. съществуването на екосистеми, зависи от постоянния приток на енергия, необходима на всички организми за тяхната жизнена дейност и самовъзпроизвеждане (фиг. 12.19).

Ориз. 12.19. Енергиен поток в екосистема (по Ф. Рамад, 1981 г.)

За разлика от веществата, които непрекъснато циркулират през различни блокове на екосистемата, които винаги могат да се използват повторно, влизат в цикъла, енергията може да се използва само веднъж, т.е. има линеен поток на енергия през екосистемата.

Едностранният приток на енергия като универсално явление на природата възниква в резултат на законите на термодинамиката. Първи законзаявява, че енергията може да преминава от една форма (като светлина) в друга (като потенциалната енергия на храната), но не може да бъде създадена или унищожена. Втори законтвърди, че не може да има процес, свързан с трансформацията на енергия, без загуба на част от нейната част. Определено количество енергия при такива трансформации се разсейва в недостъпна топлинна енергия и следователно се губи. Следователно не може да има трансформации, например, на хранителни вещества в веществото, което изгражда тялото на един организъм, да става със 100 процента ефективност.

По този начин живите организми са преобразуватели на енергия. И всеки път, когато енергията се преобразува, част от нея се губи като топлина. В крайна сметка цялата енергия, постъпваща в биотичния цикъл на екосистемата, се разсейва под формата на топлина. Живите организми всъщност не използват топлината като източник на енергия, за да извършват работа - те използват светлина и химическа енергия.

Хранителни вериги и мрежи, трофични нива

В рамките на една екосистема веществата, съдържащи енергия, се създават от автотрофни организми и служат за храна на хетеротрофите. Хранителните връзки са механизми за пренос на енергия от един организъм към друг.

Типичен пример: животно яде растения. Това животно от своя страна може да бъде изядено от друго животно. По този начин може да се пренася енергия през редица организми - всеки следващ се храни с предишния, доставяйки му суровини и енергия (фиг. 12.20).

Ориз. 12.20. Биотичен цикъл: хранителната верига

(по А. Г. Баников и др., 1985)

Тази последователност на пренос на енергия се нарича хранителна (трофична) верига,или захранваща верига. Мястото на всяко звено в хранителната верига е трофично ниво.Първото трофично ниво, както отбелязахме по-рано, е заето от автотрофи или т.нар. първични производители.Организмите от второто трофично ниво се наричат първични потребители,трети - вторични консуматории т.н.

Като цяло има три вида хранителни вериги. Хранителната верига на хищниците започва с растенията и се движи от малки организми към организми с все по-големи размери. На сушата хранителните вериги се състоят от три до четири звена.

Една от най-простите хранителни вериги изглежда така (виж фиг. 12.5):

растение ® заек ® вълк

производител ® тревопасно животно ® месоядно животно

Следните хранителни вериги също са широко разпространени:

растителен материал (напр. нектар) ® муха ® паяк ®

кукумявка ® бухал.

сок от розов храст ® листна въшка ® калинка ®

® паяк ® насекомоядна птица ® хищна птица.

- (внесени от течението - езеро, море; внесени от човека - земеделски земи, пренесени от вятъра или валежите - растителни остатъци върху ерозирани планински склонове).

Разликите между екосистема и биогеоценоза могат да бъдат сведени до следните точки:

1) биогеоценоза - териториална концепция, която се отнася до определени райони на земята и има определени граници, които съвпадат с границите на фитоценозата. Особеностбиогеоценоза, която Н.В. Тимофеев-Ресовски, А.Н. Тюруканов (1966) - през територията на биогеоценозата не преминава нито една значима биоценотична, почвено-геохимична, геоморфологична и микроклиматична граница.

Понятието екосистема е по-широко от понятието биогеоценоза; приложим е към биологични системи с различна сложност и размер; екосистемите често нямат определен обем и строги граници;

2) в биогеоценозата органичната материя винаги се произвежда от растенията, следователно основният компонент на биогеоценозата е фитоценозата;

В екосистемите органичната материя не винаги се създава от живи организми, тя често идва отвън.

(внесени от течението - езеро, море; внесени от човека - земеделски земи, пренесени от вятъра или валежите - растителни остатъци върху ерозирани планински склонове).

3) биогеоценозата е потенциално безсмъртна;

Съществуването на една екосистема може да приключи със спирането на пристигането на материя или енергия в нея.

4) една екосистема може да бъде както сухоземна, така и водна;

Биогеоценозата винаги е сухоземна или плитководна екосистема.

5) - в биогеоценозата винаги трябва да има един едификатор (едификаторна групировка или синузия), който определя целия живот и структура на системата.

Може да има няколко в една екосистема.

В ранните етапи на развитие склоновата екосистема е бъдещата горска ценоза. Състои се от групи от организми с различни едификатори и доста разнородни условия на околната среда. Едва в бъдеще същата групировка може да бъде повлияна не само от нейния градивен, но и от градивния ценоза. И вторият ще бъде основният.

Следователно не всяка екосистема е биогеоценоза, но всяка биогеоценоза е екосистема, което напълно отговаря на определението на Тенсли.

Екологична структура на биогеоценозата

Всяка биогеоценоза се състои от определени екологични групи организми, чието съотношение отразява екологичната структура на общността, която се развива дълго време в определени климатични, почвено-земни и ландшафтни условия по строго закономерен начин. Например, в биогеоценозите на различни природни зони съотношението на фитофаги (животни, които се хранят с растения) и сапрофаги естествено се променя. В степните, полупустинните и пустинните райони фитофагите преобладават над сапрофагите, докато в горските общности, напротив, сапрофагите са по-развити. В дълбините на океана хищничеството е основният вид храна, докато на осветената повърхност на резервоара преобладават филтърни хранилки, които консумират фитопланктон или видове със смесена храна.