Правилна екологична пирамида. Пирамиди от числа, пирамиди от биомаса

Екологична пирамида- графични изображения на връзката между производители и консументи от всички нива (тревопасни, хищници, видове, които се хранят с други хищници) в екосистемата.

Американският зоолог Чарлз Елтън предлага да се изобразят схематично тези взаимоотношения през 1927 г.

В схематично представяне всяко ниво е показано като правоъгълник, чиято дължина или площ съответства на числените стойности на връзка в хранителната верига (пирамидата на Елтън), тяхната маса или енергия. Правоъгълниците, подредени в определена последователност, образуват пирамиди с различни форми.

Основата на пирамидата е първото трофично ниво - нивото на производителите; следващите етажи на пирамидата се формират от следващите нива на хранителната верига - консументи от различни порядки. Височината на всички блокове в пирамидата е еднаква, а дължината е пропорционална на броя, биомасата или енергията на съответното ниво.

Екологичните пирамиди се разграничават в зависимост от показателите, на базата на които се изгражда пирамидата. В същото време е установено основното правило за всички пирамиди, според което във всяка екосистема има повече растения, отколкото животни, тревопасни животни, отколкото месоядни, насекоми, отколкото птици.

Въз основа на правилото на екологичната пирамида е възможно да се определят или изчисляват количествените съотношения на различните видове растения и животни в естествени и изкуствено създадени екологични системи. Например, за 1 кг маса на морско животно (тюлен, делфин) са необходими 10 кг изядена риба, а тези 10 кг вече се нуждаят от 100 кг от храната си - водни безгръбначни, които от своя страна трябва да изядат 1000 кг водорасли и бактерии, за да образуват такава маса. В този случай екологичната пирамида ще бъде устойчива.

Въпреки това, както знаете, има изключения от всяко правило, които ще бъдат разгледани във всеки тип екологична пирамида.

Видове екологични пирамиди

1. пирамиди от числа- на всяко ниво се нанася броя на отделните организми

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

Например, за да нахрани един вълк, му трябват поне няколко заека, които да ловува; За да нахраните тези зайци, имате нужда от доста голямо разнообразие от растения. В този случай пирамидата ще изглежда като триъгълник с широка основа, стеснена нагоре.

Тази форма на числова пирамида обаче не е типична за всички екосистеми. Понякога те могат да бъдат обърнати или с главата надолу. Това се отнася за горските хранителни вериги, където дърветата служат като производители, а насекомите служат като основни потребители. В този случай нивото на първичните потребители е числено по-богато от нивото на производителите (голям брой насекоми се хранят с едно дърво), следователно пирамидите на числата 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.

1. пирамиди от биомаса- характеризира общата суха или влажна маса на организмите на дадено трофично ниво, например в единици маса за единица площ - g/m2, kg/ha, t/km2 или за обем - g/m3 (фиг. 4)

Обикновено в сухоземните биоценози общата маса на производителите е по-голяма от всяка следваща връзка. От своя страна 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 има вид на 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, представен главно от едноклетъчни водорасли. Това се обяснява с факта, че водораслите много бързо се изяждат от зоопланктона, но са защитени от пълно изяждане от много високата скорост на клетъчно делене.

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 (с върха, сочещ надолу). Така в езерата и моретата масата на растенията надвишава масата на консументите само през периода на цъфтеж (пролетта), а през останалата част от годината може да възникне обратната ситуация.

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 свързани с поддържането на устойчивостта на екосистемите.

Пирамидата от числа позволява например да се изчисли допустимото количество улов на риба или отстрел на животни през ловния сезон без последствия за нормалното им размножаване.

1. енергийни пирамиди- показва количеството 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 хранителната маса (количеството 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 скоростта на метаболизма на индивидите и ако се вземат предвид всички източници на енергия, 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, за да покаже притока на слънчева енергия.

През 1942 г. американският еколог Р. Линдеман формулира закона на енергийната пирамида (законът на 10 процента), според който средно около 10% от енергията, получена на предишното ниво на екологичната пирамида, преминава от един трофичен ниво през хранителните вериги до друго трофично ниво. Останалата част от енергията се губи под формата на топлинно излъчване, движение и др. В резултат на метаболитните процеси организмите губят около 90% от цялата енергия във всяка връзка от хранителната верига, която се изразходва за поддържане на жизнените им функции.

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

Нека разгледаме трансформацията на енергията в една екосистема, използвайки 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 по време на процеса на фотосинтеза от растенията, които образуват органични вещества и кислород, както и АТФ от неорганични вещества (вода, въглероден диоксид, минерални соли и др.), използвайки енергията на слънчевата светлина. Част от електромагнитната енергия на слънчевата радиация се преобразува в енергията на химичните връзки на синтезираните органични вещества.

Цялата органична материя, създадена по време на фотосинтезата, 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 за растения за дишане (R) - 50%, т.е. 100 конвенционални единици енергия. Тогава нетното 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 причини, зайците са в състояние да консумират само определен дял от NPP (в противен случай ресурсите за развитие на живата материя биха изчезнали), докато значителна част от него е под формата на мъртви органични останки (подземни части на растенията , твърда дървесина от стъбла, клони и др.) не може да се яде от зайци. Той навлиза в детритните хранителни вериги и/или се разлага от разлагащи вещества (F). Другата част отива за изграждането на нови клетки (размер на популацията, растеж на зайци - P) и осигуряване на енергиен метаболизъм или дишане (R).

В този случай, според балансовия подход, балансовото равенство на потреблението на енергия (C) ще изглежда така: C = P + R + F, т.е. Енергията, получена на второто трофично ниво, ще бъде изразходвана, 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 увеличаване 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 брънка от хранителната верига е същата като към горния етаж на екологичната пирамида ще получи толкова малко енергия, че няма да е достатъчна, ако броят на организмите се увеличи.

Такава последователност и подчинение на групи организми, свързани под формата на трофични нива, представляват потоците на материя и енергия в биогеоценозата, основата на нейната функционална организация.

Един вид взаимоотношения между организмите в екосистемите са трофичните взаимоотношения. Те показват как енергията се движи през хранителните вериги в екосистемите. Модел, който демонстрира промените в количеството енергия в връзките на хранителните вериги, е екологичната пирамида.

Пирамидална структура

Пирамидата е графичен модел. Изображението му е разделено на хоризонтални нива. Броят на нивата съответства на броя на връзките в силовите вериги.

Всички хранителни вериги започват с производители - автотрофни организми, които образуват органични вещества. Съвкупността от автотрофи в една екосистема е това, което е в основата на екологичната пирамида.

Ориз. 1. Екологична пирамида на числата

Обикновено хранителната пирамида съдържа от 3 до 5 нива.

Последните звена в хранителните вериги винаги са големи хищници или хора. Така броят на индивидите и биомасата на последното ниво на пирамидата са най-ниски.

ТОП 2 статиикоито четат заедно с това

Същността на екологичната пирамида е да изобрази прогресивното намаляване на биомасата в хранителните вериги.

Образцова конвенция

Трябва да се разбере, че моделът показва реалността по общ начин. Всичко в живота е по-сложно. Всеки голям организъм, включително човек, може да бъде изяден и енергията му ще се използва по нетипичен начин в екологичната пирамида.

Част от биомасата на една екосистема винаги идва от декомпозитори – организми, които разлагат мъртвата органична материя. Разлагащите се вещества се изяждат от консуматорите, частично връщайки енергията на екосистемата.

Всеядни животни като кафявата мечка действат и като консуматор от първи ред (яде растения), и като разлагащ (храни се с мърша), и като голям хищник.

Видове

В зависимост от това каква количествена характеристика на нивата се използва, Има три вида екологични пирамиди:

• числа;
• биомаса;
• енергия.

10% правило

Според изчисленията на еколозите 10% от биомасата или енергията на предишното ниво отиват към всяко следващо ниво на екологичната пирамида. Останалите 90% се изразходват за жизнените процеси на организмите и се разсейват под формата на топлинно излъчване.

Този модел се нарича правило на екологичната пирамида на енергията и биомасата.

Нека да разгледаме примерите. Един тон зелени растения произвежда около 100 kg телесно тегло на тревопасни животни. Когато малките хищници консумират тревопасни, теглото им се увеличава с 10 кг. Ако малките хищници се ядат от големи, тогава телесното тегло на последните се увеличава с 1 кг.

Ориз. 2. Екологична пирамида на биомасата

Хранителна верига: фитопланктон - зоопланктон - малки риби - големи риби - хора. Вече има 5 нива и за да се увеличи масата на човек с 1 кг, е необходимо първото ниво да съдържа 10 тона фитопланктон.

Ориз. 3. Екологична енергийна пирамида

Ползите от срещата на върха

Видовете на върха на екологичната пирамида имат много по-голям шанс да се развият. В древни времена животните, които заемат най-високото ниво в трофичните връзки, се развиват по-бързо.

В мезозоя бозайниците са заемали средните нива на екологичната пирамида и са били активно унищожавани от хищни влечуги. Само благодарение на изчезването на динозаврите те успяха да се издигнат до най-високото ниво и да заемат доминираща позиция във всички екосистеми.

Какво научихме?

Различни видове екологични пирамиди показват връзката между производители и потребители в дадена биоценоза. Според закона за разпределение на енергията в екологичната пирамида 10% от масата на предходната преминава към всяко следващо ниво.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4 . Общо получени оценки: 202.

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

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

Например, за да нахрани един вълк, му трябват поне няколко заека, които да ловува; За да нахраните тези зайци, имате нужда от доста голямо разнообразие от растения. В този случай пирамидата ще изглежда като триъгълник с широка основа, стеснена нагоре.

Тази форма на числова пирамида обаче не е типична за всички екосистеми. Понякога те могат да бъдат обърнати или с главата надолу. Това се отнася за горските хранителни вериги, където дърветата служат като производители, а насекомите служат като основни потребители. В този случай нивото на първичните потребители е числено по-богато от нивото на производителите (голям брой насекоми се хранят с едно дърво), следователно пирамидите на числата 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 влажна маса на организмите на дадено трофично ниво, например в единици маса за единица площ - g/m2, kg/ha, t/km2 или за обем - g/m3 (фиг. 4)

Обикновено в сухоземните биоценози общата маса на производителите е по-голяма от всяка следваща връзка. От своя страна 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 има вид на 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, представен главно от едноклетъчни водорасли. Това се обяснява с факта, че водораслите много бързо се изяждат от зоопланктона, но са защитени от пълно изяждане от много високата скорост на клетъчно делене.

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 (с върха, сочещ надолу). Така в езерата и моретата масата на растенията надвишава масата на консументите само през периода на цъфтеж (пролетта), а през останалата част от годината може да възникне обратната ситуация.

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 свързани с поддържането на устойчивостта на екосистемите.

Пирамидата от числа позволява например да се изчисли допустимото количество улов на риба или отстрел на животни през ловния сезон без последствия за нормалното им размножаване.

3. Пирамиди на енергията- показва количеството 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 хранителната маса (количеството 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 скоростта на метаболизма на индивидите и ако се вземат предвид всички източници на енергия, 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, за да покаже притока на слънчева енергия.

През 1942 г. американският еколог Р. Линдеман формулира закона на енергийната пирамида (законът на 10 процента), според който средно около 10% от енергията, получена на предишното ниво на екологичната пирамида, преминава от един трофичен ниво през хранителните вериги до друго трофично ниво. Останалата част от енергията се губи под формата на топлинно излъчване, движение и др. В резултат на метаболитните процеси организмите губят около 90% от цялата енергия във всяка връзка от хранителната верига, която се изразходва за поддържане на жизнените им функции.

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

Нека разгледаме трансформацията на енергията в една екосистема, използвайки 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 от неорганични вещества (вода, въглероден диоксид, минерални соли и др.), използвайки енергията на слънчевата светлина, образуват органични вещества и кислород, както и АТФ. Част от електромагнитната енергия на слънчевата радиация се преобразува в енергията на химичните връзки на синтезираните органични вещества.

Цялата органична материя, създадена по време на фотосинтезата, 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 за растения за дишане (R) - 50%, т.е. 100 конвенционални единици енергия. Тогава нетното 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 причини, зайците са в състояние да консумират само определен дял от NPP (в противен случай ресурсите за развитие на живата материя биха изчезнали), докато значителна част от него е под формата на мъртви органични останки (подземни части на растенията , твърда дървесина от стъбла, клони и др.) не може да се яде от зайци. Той навлиза в детритните хранителни вериги и/или се разлага от разлагащи вещества (F). Другата част отива за изграждането на нови клетки (размер на популацията, растеж на зайци - P) и осигуряване на енергиен метаболизъм или дишане (R).

В този случай, според балансовия подход, балансовото равенство на потреблението на енергия (C) ще изглежда така: C = P + R + F, т.е. Енергията, получена на второто трофично ниво, ще бъде изразходвана, 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 увеличаване 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 брънка от хранителната верига е същата като към горния етаж на екологичната пирамида ще получи толкова малко енергия, че няма да е достатъчна, ако броят на организмите се увеличи.

Такава последователност и подчинение на групи организми, свързани под формата на трофични нива, представляват потоците на материя и енергия в биогеоценозата, основата на нейната функционална организация.

Най-важният тип взаимоотношения между организмите в биоценозата, които всъщност формират нейната структура, са хранителните връзки на хищник и плячка: едни са ядещи, други са изядени. Освен това всички организми, живи и мъртви, са храна за други организми: заекът яде трева, лисицата и вълкът ловуват зайци, хищните птици (ястреби, орли и др.) са в състояние да отвлекат и изядат и двете лисици и вълче. Мъртвите растения, зайци, лисици, вълци, птици стават храна за детритиви (разлагащи или по друг начин разрушители).

Хранителната верига е поредица от организми, в които всеки организъм яде или разгражда друг. Представлява пътя на еднопосочен поток на малка част от високоефективната слънчева енергия, абсорбирана по време на фотосинтезата, която се движи през живите организми и достига до Земята. 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 наречени 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 "паша") и детрит (или "разлагане").

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 "паша" обхваща всички организми, които се хранят с растения), а третото - от месоядни животни.

По този начин пасищните хранителни вериги са:

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

=> SHREW => БУХАЛ

СОК ОТ РОЗОВ ХРАСТ => ЛИСТНА ВЪШКА => КАЛИНКА => ПАЯК =>

=> НАСЕКОМЯДНА ПТИЦА => ХИЩНА ПТИЦА.

Детритната хранителна верига започва с детрит по следната схема:

ДЕТРИТ -> ДЕТРИТИКАТОР -> ХИЩНИК

Типичните детритни хранителни вериги са:

ГОРСКИ ЛИСТА => ЗЕМЯ => КОС =>

=> SPAUGHTER HAWK

МЪРТВО ЖИВОТНО => НОСИТЕЛНА ЛАРВА НА МУХА => ТРЕВНА ЖАБА => ОБИЧАЙНА ЗАКУСКА.

Концепцията за хранителните вериги ни позволява да проследим допълнително цикъла на химичните елементи в природата, въпреки че прости хранителни вериги като тези, изобразени по-рано, където всеки организъм е представен като хранещ се само с един вид организъм, рядко се срещат в природата.

Реалните хранителни връзки са много по-сложни, тъй като едно животно може да се храни с организми от различни видове, които са част от една и съща хранителна верига или в различни вериги, което е особено характерно за хищници (консуматори) на по-високи трофични нива. Връзката между пасищната и детритната хранителна верига е илюстрирана от модела на енергийния поток, предложен от Ю. Одум (фиг. 2).

Всеядните (особено хората) се хранят както с консуматори, така и с производители. Така в природата хранителните вериги се преплитат и 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) от 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 енергия, произведени от горното ниво на екологичната пирамида от долните й нива, например от животни към растения, е много по-слаб - не повече от 0,5% (дори 0,25%) от общия му обем поток и следователно можем да кажем, че няма нужда да говорим за енергийния цикъл в биоценозата.

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 енергийна основа.

ХРАНИТЕЛНА ВЕРИГА(трофична верига, хранителна верига), взаимовръзката на организмите чрез взаимоотношенията храна-потребител (някои служат като храна за други). В този случай се получава трансформация на материя и енергия от производители(първични производители) чрез потребители(потребители) към разлагачи(преобразуватели на мъртва органична материя в неорганични вещества, усвоени от производителите).

Има 2 вида хранителни вериги - пасищни и детритни. Веригата на пасищата започва със зелени растения, преминава към пасящи тревопасни животни (консуматори от 1-ви ред) и след това до хищници, които ловуват тези животни (в зависимост от мястото във веригата - консуматори от 2-ри и следващи редове). Детритната верига започва с детрит (продукт от разграждането на органичната материя), отива към микроорганизми, които се хранят с нея, и след това към детритивори (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 трева и дървета, консументи от 1-ви ред са тревопасни насекоми и тревопасни животни (копитни животни, слонове, носорози и др.), 2-ри ред са хищни насекоми, 3-ти ред са месоядни влечуги (змии и др.), 4-ти - хищни бозайници и птици на плячка. От своя страна детритоядните животни (бръмбари скарабеи, хиени, чакали, лешояди и др.) на всеки етап от веригата на паша унищожават труповете на мъртви животни и остатъците от храна на хищници. Броят на индивидите, включени в хранителната верига във всяка от нейните връзки, постоянно намалява (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 са преплетени една с друга, за да образуват хранителни мрежи.

Поддържането на жизнената активност на организмите и циркулацията на материята в екосистемите, т.е. съществуването на екосистеми, зависи от постоянния поток от 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 бъдат използвани повторно и да влязат в цикъла, енергията може да се използва само веднъж, т.е. през екосистемата има линеен поток от енергия.

Еднопосочният приток на енергия като универсално природно явление възниква в резултат на законите на термодинамиката. Първи законзаявява, че енергията може да се преобразува от една форма (като светлина) в друга (като потенциалната енергия на храната), но не може да бъде създадена или унищожена. Втори законзаявява, че не може да има нито един процес, свързан с трансформацията на енергия, без да се загуби част от нея. 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 организма, които да се случват 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 под формата на топлина. В крайна сметка цялата енергия, влизаща в биотичния цикъл на една екосистема, се разсейва като 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 предходния, който го снабдява със суровини и енергия (фиг. 12.20).

Ориз. 12.20. Биотичен кръговрат на веществата: хранителна верига

(според A.G. Bannikov et al., 1985)

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

Най-общо има три вида хранителни вериги. Хранителната верига на хищниците започва с растенията и се движи от малки организми към все по-големи организми. 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.

- (донесени от течението - езеро, море; донесени от човека - земеделски земи, пренесени от вятър или валежи - растителни остатъци върху ерозирани планински склонове).

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

1) биогеоценозата е териториална концепция, която се отнася до определени райони на земята и има определени граници, които съвпадат с границите на фитоценозата. Характерна особеност на биогеоценозата, която е посочена от Н.В. Тимофеев-Ресовски, А.Н. Тюрюканов (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.

(донесени от течението - езеро, море; донесени 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 притока на материя или енергия в нея.

4) екосистемата може да бъде както сухоземно, така и водно образувание;

Биогеоценозата винаги е сухоземна или плитководна екосистема.

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

В една екосистема може да има няколко от тях.

В ранните етапи на развитие склоновата екосистема е бъдеща горска ценоза. Състои се от групи организми с различни едификатори и доста разнородни условия на околната среда. Едва в бъдеще същата група може да бъде повлияна не само от своя градител, но и от градителя на ценозата. И вторият ще бъде основният.

Следователно не всяка екосистема е биогеоценоза, но всяка биогеоценоза е екосистема, напълно съответстващ на определението на Тансли.

Екологична структура на биогеоценозата

Всяка биогеоценоза се състои от определени екологични групи организми, чието съотношение отразява екологичната структура на общността, която се развива в продължение на дълъг период от време при определени климатични, почвени 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, а в горските общности, напротив, сапрофагите са по-развити. В дълбините на океана основният тип хранене е хищничество, докато на осветената повърхност на резервоара преобладават филтърни хранилки, консумиращи фитопланктон или видове със смесено хранене.

Тя може да бъде изобразена графично под формата на така наречените екологични пирамиди. Основата на пирамидата е нивото на производителите, а следващите нива на хранене образуват етажите и върха на пирамидата. Има три основни вида екологични пирамиди:

1. Пирамида от числа, отразяваща броя на организмите на всяко ниво;
2. Пирамида на биомасата, характеризираща масата на живата материя - общо сухо тегло, калорично съдържание и др.;
3. Пирамида на производство (енергия) от универсален характер, показваща промяната в първичното производство (или енергия) на последователни трофични нива.

Редовен пирамиди от числаза пасищните вериги имат много широка основа и рязко стесняване към крайните потребители. В този случай броят на „стъпките“ се различава най-малко с 1-3 порядъка. Но това важи само за тревни съобщества - ливадни или степни биоценози.

Картината се променя драматично, ако разгледаме горска общност (хиляди фитофаги могат да се хранят с едно дърво) или ако такива различни фитофаги като листни въшки и слонове се появят на едно и също трофично ниво. Това изкривяване може да бъде преодоляно чрез пирамиди от биомаса.

В сухоземните екосистеми биомасата на растенията винаги е значително по-голяма от биомасата на животните, а биомасата на фитофагите винаги е по-голяма от биомасата на зоофагите.

Пирамидите на биомасата за водните, особено морските екосистеми изглеждат различно: биомасата на животните обикновено е много по-голяма от биомасата на растенията. Тази „неправилност“ се дължи на факта, че пирамидите на биомасата не отчитат продължителността на съществуване на поколения индивиди на различни трофични нива, скоростта на образуване и потребление на биомаса. Основният производител на морските екосистеми е фитопланктонът, който има голям репродуктивен потенциал и бърза смяна на поколенията. През времето, докато хищните риби (и още повече моржовете и китовете) натрупат своята биомаса, ще се сменят много поколения фитопланктон, чиято обща биомаса е много по-голяма. Ето защо универсалният начин за изразяване на трофичната структура на екосистемите е пирамидата на скоростите на образуване на живата материя, с други думи пирамидата на енергиите.

Правилото е по-съвършеното отражение на влиянието на трофичните връзки върху екосистемата пирамиди от продукти (енергия): На всяко предишно трофично ниво количеството биомаса, създадено за единица време (или енергия), е по-голямо, отколкото на следващото. Производствената пирамида отразява законите на разхода на енергия в трофичните вериги.

В крайна сметка и трите правила на пирамидата отразяват енергийните взаимоотношения в екосистемата, а продуктовата (енергийната) пирамида е универсална по природа.

В природата, в стабилни системи, биомасата се променя леко, т.е. природата се стреми да използва цялата си брутна продукция. Познаването на енергията на екосистемата и нейните количествени показатели позволяват точно да се вземе предвид възможността за отстраняване на определено количество растителна и животинска биомаса от естествената екосистема, без да се подкопава нейната продуктивност.

Човекът получава доста продукти от природни системи, но основният източник на храна за него е селското стопанство. Създавайки агроекосистеми, човек се стреми да получи възможно най-много чисти растителни продукти, но трябва да изразходва половината от растителната маса за хранене на тревопасни животни, птици и др., значителна част от продуктите отиват в промишлеността и се губят в отпадъци , т.е. и тук около 90% от нетната продукция се губи и само около 10% се използват директно за човешка консумация.

1. Какво е хранителна мрежа?

Отговор. Хранителна (трофична) верига - поредица от видове растения, животни, гъби и микроорганизми, които са свързани помежду си чрез връзката: храна - потребител. Хранителната мрежа е система от връзки между хранителни вериги.

2. Какви организми са продуценти?

Отговор. Производителите са организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични, т.е. всички автотрофи. Това са предимно зелени растения (те синтезират органични вещества от неорганични вещества в процеса на фотосинтеза), но някои видове хемотрофни бактерии са способни на чисто химичен синтез на органична материя без слънчева светлина.

3. По какво се различават потребителите от производителите?

Въпроси след § 85

1. Какво е екологична пирамида? Какви процеси в обществото отразява?

Отговор. Намаляването на количеството енергия при прехода от едно трофично ниво към друго (по-високо) определя броя на тези нива и съотношението на хищници и плячка. Изчислено е, че всяко дадено трофично ниво получава около 10% (или малко повече) от енергията на предишното ниво. Следователно общият брой на трофичните нива рядко е повече от четири до шест.

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 консументи 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

2. Каква е разликата между пирамидите на числата и енергията?

Отговор. Екологичните пирамиди могат да бъдат класифицирани в три основни типа:

Пирамиди от числа, които отразяват броя на отделните организми; пирамиди от биомаса, характеризиращи общата маса на индивидите на всяко трофично ниво; производствени пирамиди, характеризиращи производството на всяко трофично ниво.

Популационните пирамиди, като правило, са най-малко информативни и показателни, тъй като броят на организмите на едно трофично ниво в екосистемата до голяма степен зависи от техния размер. Например, масата на една лисица е равна на масата на няколкостотин мишки.

Обикновено броят на хетеротрофните организми в една екосистема е по-висок от този на автотрофните. Едно дърво (първо трофично ниво) може да изхрани до няколко хиляди насекоми (второ трофично ниво). С увеличаване на трофичното ниво на хетеротрофните организми средният размер на индивидите, разположени върху него, обикновено се увеличава и техният брой намалява. Следователно пирамидите на населението в екосистемите често изглеждат като „коледно дърво“.

Пирамидите на биомасата много по-добре изразяват връзките между различните трофични нива на една екосистема. Като цяло биомасата на по-ниските нива надвишава тази на по-високите нива. 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, представен главно от едноклетъчни водорасли. Това се обяснява с факта, че водораслите много бързо се изяждат от зоопланктона, но са защитени от пълно изяждане от много високата скорост на клетъчно делене.

Най-пълна картина на функционалната организация на екосистемите се предоставя от продуктовите пирамиди. В този случай е по-добре да се представят производствените стойности на всяко трофично ниво в единични мерни единици, за предпочитане в енергийни единици. В този случай пирамидите от продукти ще бъдат пирамиди от енергии.

За разлика от пирамидите на числата и биомасата, които отразяват статиката на системата (т.е. характеризиращи броя на организмите в даден момент), пирамидите на производството характеризират скоростта на преминаване на хранителната енергия през трофичните вериги. Ако всички стойности на енергийния прием и разход в трофичната верига са правилно взети предвид, тогава, в съответствие с втория закон на термодинамиката, продуктовите пирамиди винаги ще имат правилната форма.

Броят и биомасата на организмите, които могат да се поддържат от всяко ниво при определени условия, не зависи от количеството фиксирана енергия, налична в момента на предишното ниво (т.е. от биомасата на последното), а от скоростта на производство на храна на то.

3. Защо пирамидата на населението може да бъде права или обърната?

Отговор. Ако степента на възпроизводство на популацията на плячката е висока, тогава дори и с ниска биомаса такава популация може да бъде достатъчен източник на храна за хищници, които имат по-висока биомаса, но ниска степен на възпроизводство. Поради тази причина пирамидите на населението или биомасата могат да бъдат обърнати, т.е. ниските трофични нива могат да имат по-ниска плътност и биомаса от по-високите нива.

Например много насекоми могат да живеят и да се хранят на едно дърво (обърната пирамида на населението). Обърнатата пирамида на биомасата е характерна за морските екосистеми, където първичните производители (фитопланктонни водорасли) се делят много бързо, а техните консуматори (зоопланктонни ракообразни) са много по-големи, но се възпроизвеждат много по-бавно. Морските гръбначни имат още по-голяма маса и дълъг репродуктивен цикъл.

Изчислете дела на енергията, получена на 5-то трофично ниво, при условие че нейното общо количество на 1-во ниво е 500 единици.

Отговор. Първото ниво е 500, второто е 50, третото е 5, четвъртото е 0,5, петото е 0,05 единици.