Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Наиболее важными взаимосвязями живых организмов в природе, являются пищевые (трофические). От греческого trophḗ ― пища, питание. Трофические взаимосвязи строятся в пищевые цепи, а они в свою очередь в пищевые сети.

  • Первыми в пищевой цепи являются продуценты, то есть растения.
  • Продуцентами питаются консументы 1-го порядка, то есть травоядные животные, которыми питаются консументы 2-го порядка ― хищные животные.
  • Ими питаются консументы 3-го порядка ― плотоядные животные.

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

А редуценты, находящиеся на последнем трофическом уровне и завершающие цепь питания, разлагают органические вещества на минеральные компоненты.

Положение, которое занимает организм в пищевой цепи, называется трофическим уровнем. Трофические уровни можно представить в виде ступенек.

  1. Виды, которые составляют одну ступеньку, объединяются не происхождением или внешним сходством, а типом питания.
  2. На 1-м трофическом уровне располагаются автотрофы, которые синтезируют органические вещества из неорганических.
  3. На втором, третьем и четвёртом уровне гетеротрофы, которые живут за счёт органического вещества, созданного автотрофами.

А на пятом трофическом уровне располагаются организмы, которые питаются органическими веществами мёртвых тел или экскрементами животных. Их называют сапротрофы.

В экосистеме обычно бывает 4–5 трофических уровней и редко больше 6. Частично это обусловлено тем, что на каждом из уровней часть вещества и энергии теряется.

Таким образом и органическое вещество, и энергия передаются по цепям питания. То есть от растения к травоядному животному, ― от него к хищному животному и так далее.

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют не схемы пищевых сетей, а — экологические пирамиды. 

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Такие модели в 1927 г. разработал английский зоолог Чарлз Элтон.

  • Экологические пирамидыэто графические модели (как правило, в виде треугольников), которые отражают число особей (пирамида чисел), количество их биомассы (пирамида биомасс) или заключённой в них энергии (пирамида энергии) на каждом трофическом уровне и указывают на понижение всех показателей с повышением трофического уровня.
  • Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме.
  • Они строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта.
  • Длина прямоугольников экологической пирамиды пропорциональна числу организмов на единице площади местообитания или в единице объёма (если экосистема водная).
  • Различают три типа экологических пирамид.
  • Пирамида численности, или чисел, пирамида биомассы и пирамида энергии.
  • Сперва рассмотрим пирамиду численности.
  • Пирамида численности отражает плотность организмов на каждом трофическом уровне.

Для построения такой пирамиды необходимо сначала подсчитать особей разных видов в определённой местности, а затем распределить эти виды по трофическим уровням. Обычно в результате получается постепенное убывание численности организмов каждого трофического уровня при переходе от низшего уровня к высшему.

Чтобы уяснить, что такое пирамида чисел, приведём пример. Предположим, что в основании пирамиды 1000 т травы, массу которой составляют сотни миллионов отдельных травинок. Этой растительностью смогут прокормиться 27 млн кузнечиков, которых, в свою очередь, могут употребить в пищу около 90 тыс. лягушек.

Сами лягушки могут служить едой 300 форелям в пруду. А это количество рыбы может съесть за год один человек! Таким образом, в основании пирамиды несколько сотен миллионов травинок, а на её вершине — один человек. Такова наглядная потеря вещества и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой.

  1. Чем выше уровень, тем ниже численность составляющих её организмов.
  2. На первом уровне растения, их численность во много раз больше чем, травоядных животных, а травоядных животных больше, чем хищных.
  3. В построении различных пирамид численности отмечается большое разнообразие.
  4. Нередко они перевёрнуты.

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Примером перевёрнутых пирамид могут являться пищевые цепи леса, когда продуцентами являются деревья, а первичными консументами являются насекомые. То есть на одном дереве может быть множество насекомых. В таком случае количество первичных консументов численно выше, чем число продуцентов. 

  • Следующий вид пирамид — пирамида биомасс.
  • Пирамида биомасс — это соотношение между продуцентами и консументами, выраженное в их массе (общем сухом весе или другой мере общего живого вещества).
  • Если собрать все организмы, обитающие на каком-нибудь лугу, то вес растений окажется гораздо больше веса всех прямокрылых и копытных, питающихся этими растениями.
  • Вес растительноядных животных, в свою очередь будет больше веса первичных плотоядных, а эти последние также будут превышать по весу питающихся ими хищников, если таковые имеются.
  • Пирамида биомасс также изображается графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определённому трофическому уровню, пропорциональна его биомассе.
  • Биомассы на каждом следующем трофическом уровне уменьшаются.

Пирамиды биомассы так же, как и численности, могут быть не только прямыми, но и перевёрнутыми. Перевёрнутые пирамиды биомассы свойственны водным экосистемам.

  1. Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая масса его в данный момент может быть меньше, чем у зоопланктона и конечного потребителя-консумента.
  2. Наиболее фундаментальным способом отображения связей между организмами на разных трофических уровнях служат пирамиды энергии.
  3. Пирамида энергии представляет эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей, строится подсчётом количества энергии, аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне.
  4. Другими словами, пирамида энергии отражает величину потока энергии через пищевую цепь.
  5. При помощи несложных подсчётов можно относительно легко определить количество энергии, накопленной в биомассе.

Перенос энергии с одного уровня на другой никогда не бывает полным. Часть энергии теряется в процессе переработки пищи, а часть вообще не усваивается организмом и выводится из него с экскрементами, а затем разлагается деструкторами.

Часть энергии теряется в виде тепла в процессе дыхания. Любое животное, перемещаясь, охотясь, строя гнездо или производя иные действия, совершает работу, которая требует затрат энергии, в результате чего опять происходит выделение тепла.

Рассмотрим более подробно, что происходит с энергией при её передаче через пищевую цепь.

Как вам уже известно, на 1-м трофическом уровне располагаются автотрофы, которые синтезируют органические вещества из неорганических.

Солнечная энергия, полученная растением, лишь частично используется в процессе фотосинтеза. Фиксированная в углеводах энергия представляет собой валовую продукцию экосистемы.

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Валовая первичная продукция ― это количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идёт на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание).

Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений. Чистая первичная продукция ― это энергетический резерв для консументов и редуцентов.

  • Чистая продукция определяется по формуле:
  • Пв = Пч + Д1.
  • Пв — Д = Пч
  • Перерабатываясь в цепях питания, чистая продукция идёт на пополнение массы гетеротрофных организмов.
  • Прирост за единицу времени массы консументов ― это вторичная продукция сообщества.
  • Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счёт энергии, поступающей с предыдущего.
  • А2 = П2 + Д2.
  • П2 = А2-Д2

Консументы второго порядка (хищники) не истребляют всю биомассу своих жертв. При этом из того количества её, которое они уничтожают, только часть используется на создание биомассы их собственного трофического уровня. Остальная же часть в основном затрачивается на энергию дыхания, выделяется с экскрементами.

  1. Поток энергии, проходящий через третий уровень консументов второго порядка (плотоядные), выражается формулой:
  2. А3 = П3 + Д3.
  3. П3=А3-Д3

Подобным образом можно проследить совокупность пищевой цепи и до последнего трофического уровня. Распределив по вертикали различные затраты энергии на трофических уровнях, получим полную картину пищевой пирамиды в экосистеме.

  • Поток энергии, который выражается количеством синтезированных органических веществ по цепи питания, на каждом трофическом уровне уменьшается.
  • ПЧ > П2 > П3
  • Изучая поток энергии по трофическим уровням то можно заметить, что на каждый последующий уровень в среднем переходит около 10 % от предыдущего.

Раймонд Линдеман в 1942 г. сформулировал закон пирамиды энергий, который в учебниках нередко называют «законом 10 %». Согласно этому закону, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой её уровень в среднем не более 10 % энергии.

Например, растения могут усваивать при фотосинтезе до 100 % солнечной энергии. В свою очередь, растительноядные животные потребляют до 10 % энергии растений (или: до 90 % энергии, накопленной растениями, просто теряется). Хищники, питаясь растительноядными животными, получают 10 % энергии, содержащейся в биомассе всего ими съеденного.

Отсюда следует, что передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД. Это объясняет ограниченное количество звеньев в пищевой цепи, независимо от того или иного биоценоза.

Американский биолог Юджин Одум оценил превращение энергии в предельно упрощённой пищевой цепи (люцерна → телёнок → ребёнок), проиллюстрировал величину потерь энергии.

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Допустим, рассуждал он, имеется посев люцерны на площади 4 га. На этом поле кормятся телята (предполагается, что они едят только люцерну), а 12-летний мальчик питается исключительно телятиной.

  1. Результаты расчётов, представленные в виде пирамид ― свидетельствуют, что люцерна использует всего 0,24 % всей падающей на поле солнечной энергии, телёнком усваивается 8 % этой продукции и только 0,7 % биомассы телёнка обеспечивает развитие ребёнка в течение года.
  2. Одум, таким образом, показал, что только одна миллионная доля приходящейся солнечной энергии превращается в биомассу плотоядного, в данном случае способствует увеличению массы ребёнка, а остальное теряется, рассеивается в окружающей среде.
  3. Можно сказать, что экологические пирамиды отражают фундаментальные характеристики любого биоценоза, когда они показывают его трофическую структуру (пищевую последовательность):

•        высота экологических пирамид пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т.е. числу содержащихся в ней трофических уровней;

•        форма экологических пирамид более или менее отражает эффективность превращений энергии при переходе с одного уровня на другой.

Поток энергии, проходящий через тот или другой трофический уровень, не может абсолютно определяться наличием пищи в нижележащем трофическом уровне.

Всегда остаётся, как известно, достаточный «запас», так как полное уничтожение корма привело бы к гибели потребителей. Эти общие закономерности наблюдаются в рамках популяционных процессов, сообществ, уровней экологической пирамиды, биоценозов в целом.

Экологическая пирамида – определение, виды и примеры | fissi

Экологическая пирамида – это графическое представление отношений между различными организмами в экосистема, Каждый из баров, из которых состоит пирамида, представляет собой трофический уровень и их порядок, который основан на том, кто кого ест, представляет поток энергии.

Читайте также:  Пучковая головная боль. Признаки пучковой головной боли.

Энергия движется вверх по пирамиде, начиная с первичных производителей или автотрофов, таких как растения и водоросли в самом низу следуют первичные потребители, которые питаются этими растениями, затем вторичные потребители, которые питаются первичными потребителями и так далее.

Высота столбцов должна быть одинаковой, но ширина каждого столбца зависит от количества измеряемого аспекта.

Это показывает количество организмов на каждом трофическом уровне без учета их размера.

Этот тип пирамиды может быть удобным, так как подсчет часто является простой задачей и может быть сделан в течение многих лет для наблюдения за изменениями в конкретной экосистеме.

Тем не менее, некоторые виды организмов трудно сосчитать, особенно когда речь идет о некоторых ювенильных формах. Единица измерения: количество организмов.

Это указывает на общую массу организмов на каждом трофическом уровне. Обычно этот тип пирамиды является самым крупным в нижней части и уменьшается с ростом, но исключения существуют.

Биомасса одного трофического уровня рассчитывается путем умножения числа особей на трофическом уровне на среднюю массу одного особи в конкретной области.

Этот тип экологической пирамиды решает некоторые проблемы с пирамидой чисел, поскольку показывает более точное представление количества энергии, содержащейся на каждом трофическом уровне, но имеет свои ограничения.

Например, время года, когда собираются данные, очень важно, так как разные вид есть разные сезоны размножения. Кроме того, так как обычно невозможно измерить массу каждого организм берется только образец, что может привести к неточностям. Единица измерения: г м-2 или кг м-2.

Пирамида продуктивности учитывает общее количество энергии, присутствующей на каждом трофическом уровне, а также потерю энергии между трофическими уровнями.

Поскольку этот тип представления учитывает тот факт, что большая часть энергии, присутствующей на одном трофическом уровне, не будет доступна для следующего, она более точна, чем две другие пирамиды. Эта идея основана на законе Линдемана о десяти процентах, который гласит, что только около 10% энергии на трофическом уровне пойдет на создание биомассы.

Другими словами, только около 10% энергии пойдет на создание ткань такие как стебли, листья, мышцы и т. д. на следующем трофическом уровне. Остальная часть используется для дыхания, охоты и других видов деятельности или теряется в окружающей среде в виде тепла.

Что интересно, однако, это то, что токсины проходят через пирамиду очень эффективно, а это означает, что, когда мы поднимаемся по экологической пирамиде, количество вредных химических веществ все больше и больше концентрируется в организме организмов. Это то, что мы называем биомагнификацией.

Производительная пирамида является наиболее широко используемым типом экологической пирамиды, и, в отличие от двух других типов, никогда не может быть самой большой на вершине и самой маленькой на дне.

Это важный тип экологической пирамиды, потому что он исследует поток энергии в экосистеме с течением времени.

Единица измерения: Дж м-2 год-1, где Джоуль – это единица измерения энергии, которая может быть заменена другими единицами энергии, такими как килоджоуль, килокалория и калория.

В то время как производительная пирамида всегда принимает форму вертикальной пирамиды, числовые пирамиды иногда инвертируются или вообще не принимают форму реальной пирамиды. Чтобы продемонстрировать, давайте возьмем дуб, который может накормить миллионы дубовых червей.

Если мы рассмотрим эту экосистему в качестве нашей цели, то уровень производителей (одно дерево) окажется намного ниже уровня первичных потребителей (миллионы насекомых). Это менее вероятно в пирамидах биомассы, но не является невозможным.

Пирамиды ниже показывают различные типы пирамид и формы, которые они могут иметь в разных экосистемах.

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Диаграмма ниже является примером пирамиды производительности, иначе называемой энергетическая пирамида, Солнце включено в эту диаграмму, так как оно является основным источником всей энергии, а также разлагающими веществами, такими как бактерии а также грибы, которые могут получать питательные вещества и энергию со всех трофических уровней, разрушая мертвые или разлагающиеся организмы. Как показано, питательные вещества затем возвращаются в почву и поглощаются растениями.

Экологические пирамиды. Пирамиды чисел.

Потеря энергии в окружающей среде также показана на этой диаграмме, и была рассчитана полная передача энергии. Мы начнем с общего количества энергии, которое содержат первичные производители, что указано на 100%. Когда мы поднимаемся на один уровень вверх, 90% этой энергии используется не для создания плоти, а для других целей.

В конечном итоге основные потребители получают только 10% от начальной энергии, и 10% из этих 10% теряются при переходе на следующий уровень. Это 1% и так далее.

Таким образом, хищники на вершине будут получать только 0,01% начальной энергии! Эта неэффективность в системе является причиной того, что пирамиды производительности всегда в вертикальном положении.

Экологическая пирамида не только показывает нам схемы питания организмов в различных экосистемах, но также может дать нам представление о том, насколько неэффективна передача энергии, и показать влияние, которое изменение чисел на одном трофическом уровне может оказывать на трофические уровни выше. и под ним.

Кроме того, когда данные собираются за прошедшие годы, влияние изменений, происходящих в окружающей среде на организмы, можно изучить путем сравнения данных.

Если окажется, что состояние экосистемы ухудшается в течение многих лет из-за загрязнения или чрезмерной охоты со стороны людей, могут быть приняты меры для предотвращения дальнейшего ущерба и, возможно, восстановления части нынешнего ущерба.

  • Трофический уровень – положение, которое организм занимает в пищевой цепи или экологической пирамиде, такой как режиссер или основной потребитель, Многие животные питаются на нескольких разных трофических уровнях.
  • вид – группа организмов, которые обладают общими характеристиками и могут размножаться между собой для получения плодовитого потомства.
  • экосистема – А сообщество взаимозависимых живых организмов в ассоциации с неживыми элементами, окружающими их. То, как живые организмы и физическая среда взаимодействуют, происходит путем обмена питательными веществами и энергией.
  • Пищевой сети – Система пищевых цепочек, которые взаимосвязаны друг с другом. В отличие от пищевых цепей, организм в пищевой сети может занимать несколько разных трофических уровней.

1. Почему необычное присутствие большого количества организмов на вершине экологической пирамиды?A. Животные на вершине пирамиды являются самыми крупными.B. Животные на вершине имеют более короткие жизни.

C. Количество энергии, доступной к моменту достижения вершины пирамиды, недостаточно для поддержания жизни многих людей.D. Люди больше всего интересуются охотой на животных, занимающих верхний уровень экологической пирамиды.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Поскольку только 10% энергии передается с одного трофического уровня на другой, все меньше и меньше людей может поддерживаться, когда мы поднимаемся по экологической пирамиде.

2. Биомасса экосистемы это:A. Общая энергия живых и неживых компонентов экосистемы.B. Общая энергия живых организмов в экосистеме.C. Общая масса живых и неживых компонентов экосистемы.D. Общая масса живых организмов в экосистеме.

Ответ на вопрос № 2

D верно. Биомасса указывает массу организмов и не включает в себя физические компоненты экосистемы.

3. Если производители в экологической пирамиде имеют в общей сложности 80000 ккал энергии, что из следующего будет верно?A. Вторичные потребители будут иметь 80 ккал энергии.B.

Третичные потребители будут иметь в общей сложности 8 ккал энергии.C. Вторичные потребители будут иметь в общей сложности 80000 ккал энергии.D.

Третичные потребители будут иметь в общей сложности 80 ккал энергии.

Ответ на вопрос № 3

D верно. Поскольку около 10% энергии передается с одного трофического уровня экологической пирамиды на следующий, у первичных потребителей будет 8000, у вторичных потребителей будет 800, а третичный потребитель будет иметь 80 ккал энергии.

Биология. 10 класс

Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, вещества в экосистеме используются многократно, включаясь в круговорот. Это происходит благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей питания. Причем в превращении веществ главную роль играют живые организмы.

Круговорот веществ начинается с поступления химических элементов из почвы (вода и минеральные соли) и атмосферы (углекислый газ, азот) в живые организмы — продуценты. Продуценты синтезируют органические вещества, часть которых дальше передается по пищевой цепи консументам.

Определенное количество органических веществ продуцентов и консументов возвращается в почву с трупным материалом, экскрементами (детрит). В результате деятельности редуцентов они превращаются в минеральные вещества, атомы которых снова вовлекаются продуцентами в круговорот. Но совершенно замкнутым круговорот веществ быть не может.

Атомы некоторых химических элементов могут на длительное время выводиться из круговорота, накапливаясь в литосфере в составе известняка (мела), каменного угля, природного газа, нефти, торфа, руд различных металлов.

Превращение энергии в цепях питания экосистемы идет несколько иначе, чем превращение веществ. Поток солнечной энергии, поступивший в экосистему, после включения в органическое вещество как бы разделяется на два русла — пастбищное и детритное.

В каждом из них освобождающаяся энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов: размножение, движение, поддержание температуры тела, транспорт веществ через клеточные мембраны.

Соотношение количества энергии, проходящей через пастбищные и детритные цепи, в различных типах экосистем разное. Потеря энергии в пищевых цепях может быть восполнена только за счет поступления новых порций солнечной энергии или готового органического вещества (энергия корма).

Поэтому в экосистеме не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии.

Процент усвояемости вещества и энергии в разных цепях питания варьирует и зависит от состава корма и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что в пастбищных цепях переход энергии и вещества от одного трофического уровня к другому составляет в среднем 10 %.

В одних цепях питания он может быть несколько выше, а в других — немного ниже. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал принцип преобразования энергии в экосистемах, получивший в экологической литературе название правило 10 % (его часто называют правилом Линдемана).

 Согласно правилу 10 %, при переходе с одного трофического уровня на последующий уровень в цепи питания передается в среднем около 10 % энергии без каких-либо неблагоприятных последствий для экосистемы.

При этом имеется в виду часть энергии, поступившей с пищей, которую организм использует для построения органического вещества своего собственного тела.

Примеры решения задач на анализ превращения вещества и энергии в пастбищных цепях питания и на правило 10 % приведены в конце пособия в разделе «Методика решения задач (Б)».

Читайте также:  Тонкая кишка. Топография тонкой кишки. Способ Губарева. Определение первой петли кишки.

Используя это правило, можно рассчитать примерное количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.

Правило Линдемана неприменимо для этапов пастбищных цепей, включающих паразитов. Поскольку паразиты используют готовые питательные вещества хозяина, то эффективность их усвоения намного выше, чем при потреблении органического вещества корма другими организмами.

Паразитам не нужно затрачивать энергию на процессы переваривания пищи, так как эту функцию выполняет хозяин. Получая питательные вещества от хозяина, паразит их практически полностью усваивает, поэтому он не теряет часть энергии в составе непереваренных остатков (экскрементов).

Из этого следует, что в пищевых цепях, включающих паразитов, не будет соблюдаться правило Линдемана.

Некоторые ученые считают, что правило Линдемана соблюдается в экосистеме только при наличии оптимальных условий среды и при полной обеспеченности кормом.

Экологические исследования — экологическая пирамида

Экологическая пирамида – это графическое (пирамидальное) представление, показывающее количество организмов, биомассу и продуктивность на каждом трофическом уровне. Он также известен как энергетическая пирамида . Есть три типа пирамид. Они заключаются в следующем –

Пирамида из биомассы

Как следует из названия, пирамиды биомассы показывают количество биомассы (живого или органического вещества, присутствующего в организме) на единицу площади на каждом трофическом уровне. Это нарисовано с производителями в основании и главными плотоядными животными в наконечнике.

Пирамида биомассы обычно определяется путем сбора всех организмов, занимающих каждый трофический уровень отдельно, и измерения их сухого веса. Каждый трофический уровень имеет определенную массу живого материала в определенное время, называемое стоячей культурой, которая измеряется как масса живых организмов (биомасса) или количество в единице площади.

Вертикальная пирамида из биомассы

Экосистемы, встречающиеся на суше, в основном имеют пирамиды из биомассы с большой базой первичных продуцентов с меньшим трофическим уровнем, расположенным сверху, и, следовательно, вертикальной пирамидой биомассы.

Биомасса автотрофов или продуцентов максимальна. Биомасса следующего трофического уровня, т.е. первичных потребителей, меньше, чем производителей. Аналогично, другие потребители, такие как вторичные и третичные потребители, сравнительно меньше, чем его более низкий уровень соответственно. У вершины пирамиды очень мало биомассы.

Перевернутая пирамида биомассы

С другой стороны, в большинстве водных экосистем встречается обратная пирамидальная структура. Здесь пирамида биомассы может принимать перевернутый рисунок. Тем не менее, пирамида чисел для водной экосистемы является вертикальной.

В водоеме продуцентами являются крошечные фитопланктоны, которые быстро растут и размножаются. В этих условиях пирамида из биомассы имеет небольшую основу, а биомасса-производитель у основания обеспечивает поддержку потребителю биомассы большого веса. Следовательно, он принимает перевернутую форму.

Пирамида чисел

Это графическое представление числа особей на единицу площади различных трофических уровней. Большое количество производителей имеет тенденцию формировать основу, тогда как меньшее количество высших хищников или хищников занимают верхушку. Форма числовой пирамиды варьируется от экосистемы к экосистеме.

Например, в водной экосистеме или пастбищных угодьях автотрофы или производители присутствуют в большом количестве на единицу площади. Производители поддерживают меньшее количество травоядных, что, в свою очередь, поддерживает меньшее количество плотоядных.

Вертикальная Пирамида Чисел

В вертикальной пирамиде чисел число индивидуумов уменьшается от более низкого уровня к более высокому уровню. Этот тип пирамиды обычно встречается в экосистеме пастбищ и экосистеме пруда. Трава в луговой экосистеме занимает низший трофический уровень из-за ее обилия.

Далее идут основные производители – травоядные (например, кузнечик). Численность кузнечиков значительно меньше, чем травяных.

Затем существуют первичные плотоядные животные, например, крыса, чье количество намного меньше, чем кузнечиков. Следующий трофический уровень – это вторичные потребители, такие как змеи, которые питаются крысами.

Затем, есть лучшие плотоядные животные, такие как ястребы, которые едят змей, и их число меньше, чем змей.

Количество видов уменьшается к более высоким уровням в этой пирамидальной структуре.

Перевернутая пирамида чисел

Здесь число особей возрастает от нижнего уровня до более высокого трофического уровня. Например, древовидная экосистема.

Пирамида Энергии

Это графическая структура, представляющая поток энергии через каждый трофический уровень пищевой цепи над фиксированной частью природной среды. Энергетическая пирамида представляет количество энергии на каждом трофическом уровне, а потеря энергии на каждом переносится на другой трофический уровень.

Энергетическая пирамида, которую иногда называют трофической пирамидой или экологической пирамидой, полезна для количественной оценки передачи энергии от одного организма к другому по пищевой цепи.

Энергия уменьшается по мере продвижения через трофические уровни от дна к вершине пирамиды. Таким образом, энергетическая пирамида всегда направлена ​​вверх.

Пирамиды чисел, биомасс, энергии

Понятие о трофических уровнях. Трофический уровень это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.

Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные животные — второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных, — третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый (уровень третичных консументов). Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней.

Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

Трофическая структура экосистемы. В результате последовательности превращений энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую структуру.

Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д.

порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или ихбиомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.

Трофическую структуру обычно изображают в виде экологических пирамид. Эту графическую модель разработал в 1927 г. американский зоолог Чарльз Элтон.

Основанием пирамиды служит первый трофический уровень — уровень продуцентов, а следующие этажи пирамиды образованы последующими уровнями — консументами различных порядков.

Высота всех блоков одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне. Различают три способа построения экологических пирамид.

1. Пирамида чисел (численностей) отражает численность отдельных организмов на каждом уровне.

Например, чтобы прокормить одного волка, необходимо по крайней мере несколько зайцев, на которых он мог бы охотиться; чтобы прокормить этих зайцев, нужно довольно большое количество разнообразных растений. Иногда пирамиды чисел могут быть обращенными, или перевернутыми.

Это касается пищевых цепей леса, когда продуцентами служат деревья, а первичными консументами — насекомые. В этом случае уровень первичных консументов численно богаче уровня продуцентов (на одном дереве кормится большое количество насекомых).

2. Пирамида биомасс — соотношение масс организмов разных трофических уровней. Обычно в наземных биоценозах общая масса продуцентов больше, чем каждого последующего звена.

В свою очередь, общая масса консументов первого порядка больше, нежели консументов второго порядка и т.д. Если организмы не слишком различаются по размерам, то на графике обычно получается ступенчатая пирамида с суживающейся верхушкой.

Так, для образования 1 кг говядины необходимо 70-90 кг свежей травы.

В водных экосистемах можно также получить обращенную, или перевернутую, пирамиду биомасс, когда биомасса продуцентов оказывается меньшей, нежели консументов, а иногда и редуцентов. Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая масса в данный момент его может быть меньше, нежели у потребителей-консументов (киты, крупные рыбы, моллюски).

Пирамиды чисел и биомасс отражают статику системы, т. е. характеризуют количество или биомассу организмов в определенный промежуток времени.

Они не дают полной информации о трофической структуре экосистемы, хотя позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем.

Пирамида чисел позволяет, например, рассчитывать допустимую величину улова рыбы или отстрела животных в охотничий период без последствий для нормального их воспроизведения.

3. Пирамида энергии отражает величину потока энергии, скорость про хождения массы пищи через пищевую цепь. На структуру биоценоза в большей степени оказывает влияние не количество фиксированной энергии, а скорость продуцирования пищи.

Установлено, что максимальная величина энергии, передающейся на следующий трофический уровень, может в некоторых случаях составлять 30 % от предыдущего, и это в лучшем случае. Во многих биоценозах, пищевых цепях величина передаваемой энергии может составлять всего лишь 1 %.

В 1942 г. американский эколог Р.

Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий (закон 10 процентов), согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой трофический уровень переходит в среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Остальная часть энергии теряется в виде теплового излучения, на движение и т.д. Организмы в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90 % всей энергии, которая расходуется на поддержание их жизнедеятельности.

Если заяц съел 10 кг растительной массы, то его собственная масса может увеличиться на 1 кг. Лисица или волк, поедая 1 кг зайчатины, увеличивают свою массу уже только на 100 г.

У древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохо усваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительно больше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани.

Однако общая закономерность процесса передачи энергии остается: через верхние трофические уровни ее проходит значительно меньше, чем через нижние.

Вот почему цепи питания обычно не могут иметь более 3—5 (редко 6) звеньев, а экологические пирамиды не могут состоять из большого количества этажей. К конечному звену пищевой цепи так же, как и к верхнему этажу экологической пирамиды, будет поступать так мало энергии, что ее не хватит в случае увеличения числа организмов.

Этому утверждению можно найти объяснение, проследив, куда тратится энергия потребленной пищи: часть ее идет на построение новых клеток, т.е. на прирост, часть энергии пищи расходуется на обеспечение энергетического обмена или на дыхание. Поскольку усвояемость пищи не может быть полной, т.е. 100 %, то часть неусвоенной пищи в виде экскрементов удаляется из организма.

Учитывая, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы, становится ясным, почему каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего.

Читайте также:  Атриовентрикулярные экстрасистолы. Желудочковые экстрасистолы.

Именно поэтому большие хищные животные всегда редки. Поэтому также нет хищников, которые питались бы волками. В таком случае они просто не прокормились бы, поскольку волки немногочисленны.

Трофическая структура экосистемы выражается в сложных пищевых связях между составляющими ее видами. Экологические пирамиды чисел, биомассы и энергии, изображенные в виде графических моделей, выражают количественные соотношения разных по способу питания организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Понятие и виды экологических пирамид

Живые и неживые организмы, которые существуют рядом и взаимодействуют друг с другом, образуют экосистему.

Под экосистемой понимают совокупность живых организмов и условий их существования, которые находятся в закономерной связи друг с другом. Таким образом формируется система взаимодействующих элементов, которая получила название «экологическая система» или «экосистема».

Экосистема образует единый природный комплекс.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Синонимом термина экосистемы будет биогеоценоз = жизнь + земля + общий.

Примечание 1

Совокупность биогеоценозов формирует биосферу — живую оболочку Земли.

  • Экосистема = биоценоз + биотоп + системы связей для осуществления обмена веществом и энергией.
  • Биоценоз — сообщество живых организмов.
  • Биотоп — среда обитания организмов.
  • Экосистемы разбиты на разные ранги или трофические уровни.

Термин «трофический» происходит от греческого слова, означающего «еда», «питание». Поэтому трофический уровень — положение организма в пищевой цепи.

Примечание 2

Трофическим уровнем называют такую совокупность организмов, которая занимает одинаковое положение в пищевой цепи относительно ее начала. Организмы объединяют по характерному для них типу питания.

  1. Первый трофический уровень — продуценты — автотрофные организмы: зеленые растения + водоросли.
  2. Второй трофический уровень — консументы I порядка: растительноядные животные.
  3. Третий трофический уровень и последующие — консументы II порядка: первичные хищники, которые едят травоядных животных.
  4. Четвертый трофический уровень — хищники, которые могут питаться другими, более слабыми хищниками.
  5. Есть такие хищники, которые питаются травоядными и другими хищниками.
  6. Пятый трофический уровень — редуценты: грибы + бактерии + некоторые растения.
  7. А трофические уровни составляют экологическую пирамиду.

Концепцию экологической пирамиды предложил в тридцатые годы XX века английский эколог Ч. Элтон.

Примечание 3

Экологическую пирамиду называют также элтонской пирамидой.

Экологическая пирамида иллюстрирует отношения между различными организмами в экосистеме. Она охватывает соотношение продуцентов и консументов всех уровней.

Экологической пирамидой называют графическую иллюстрацию трофических процессов в экосистемах в виде треугольника. Пирамида показывает численность организмов, количество биомассы и энергии, которая в них заключена на соответствующем уровне пищеварительной цепи или сети. Также учитывается биологическая продуктивность.

Каждый трофический уровень основан на закономерностях питания: на том, кто кем питается.

В пищевых цепочках или трофических цепях отражаются взаимоотношения организмов разных трофических уровней. Предыдущее звено — пища для последующего.

Поток веществ и энергии следует в одном направлении — от продуцентов к консументам, от консументов к редуцентам.

  • Трофические цепи бывают двух типов:
  • Пастбищные трофические цепи начинаются с растений — продуцентов, которые производят органическое вещество.
  • Детритные трофические цепи начинаются с органических веществ отмерших растений и животных.

Пищевые цепи часто переплетаются в естественных природных сообществах. Так образуются пищевые сети. Одни организм может быть пищей для нескольких разных видов.

Пример 1

Совы охотятся на лесных мышей, полевок и так далее.

Экологическая пирамида представляет собой горизонтальные полосы, которые собираются в треугольник. Полосы изображают уровни питания организмов экологической пирамиды. Длина полосы определяется количеством особей, биомассы или энергии на каждом трофическом уровне экосистемы.

Организмы классифицируют на основе факторов окружающей среды. Например, фактор образа жизни: что едят, как получают энергию.

Когда на каждом трофическом уровне определяют биомассу, число особей и количество энергии, то видят, что эти величины уменьшаются по мере продвижения к концу цепи питания. Закономерность установил Ч. Элтон и предложил выражать графически.

Энергетические затраты связывают с поддержанием метаболических процессов: затраты на дыхание, рост. Часть пищи выделяется в виде экскрементов. Вся энергия превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде. На следующий трофический уровень передается не более десяти процентов энергии от предыдущего.

Правило экологической пирамиды формулируют следующим образом: каждый следующий трофический уровень ассимилирует не более десяти процентов энергии предыдущего. То есть с уровня на уровень переходит 10 % энергии. А остальное рассеивается в виде тепла.

Виды экологических пирамид, по какому принципу строятся

Трофическую структуру экосистемы изображают в виде экологических пирамид:

  • пирамида численности или пирамида чисел;
  • пирамида биомассы;
  • пирамида энергии или производительности.

Источник: i0.wp.com

В пирамиде чисел указывают среднее количество организмов на каждом трофическом уровне или ступени. Размер организмов не учитывают. В процессе продвижения вверх по пирамиде численность организмов снижается.

Закономерность уменьшения количества особей последовательных рядов звеньев от продуцентов к консументам обнаружил Ч. Элтон.

Численная пирамида может быть прямой и перевернутой.

Пирамида биомассы представляет собой количество биомассы организмов, которые присутствуют на разных трофических уровнях.

Биомасса = вес организмов.

Пирамида биомассы = количество доступной пищи + количество энергии на единицу площади продукта живого вещества в организме + общее количество организмов на конкретной ступени экологической пирамиды.

Большую часть биомассы живые организмы используют для обеспечения энергией. Часть расходуется на новые ткани или остается непереваренной.

Пирамида биомассы бывает прямая и перевернутая.

Особенностями пирамиды биомассы являются:

  • биомасса определяется путем сбора всех организмов определенного уровня и измерения их сухого веса;
  • определенная масса живого вещества содержится на определенном уровне в определенное время;
  • постоянный урожай измеряется как масса живых организмов или количество в единицу площади.

Примечание 4

В наземных системах действует правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных. А масса всех травоядных превышает всю биомассу хищников.

Пирамида энергии вертикальна. Она представляет собой поток энергии от производителей к конечным потребителям.

Правило пирамиды энергии заключается в том, что на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, которая создается за единицу времени, больше, чем на последующем.

Пирамида энергии описывает законы расходования энергии в пищевых цепях и имеет универсальный характер для большинства экосистем.

На принципах термодинамики устроена структура энергетического потока.

Примечание 5

  1. Энергия не может быть:
  2. Энергия превращается в другую форму.
  3. Задача пирамиды энергии состоит в том, чтобы показать, как энергия переносится с более низкого уровня на более высокий и преобразуется в биомассу.

Энергетическую пирамиду всегда изображают с большим основанием. Она не изображается в перевернутом виде.

Понятие перевернутой, что показывают цифры

Вертикальная числовая пирамида отражает количественное соотношение организмов, когда оно уменьшается снизу вверх.

Пример  2

Экосистемы лугов, прудов — растения занимают основание пирамиды.

Перевернутая числовая пирамида противоположна вертикальной.

Пример 3

  • Экосистема леса: деревья являются производителями, а насекомые, которых больше, — потребители.
  • Экологическая пирамида становится перевернутой, когда потребителей становится больше, чем производителей.
  • Если скорость размножения популяции жертвы высокая, то при низкой биомассе такая популяция станет достаточным источником пищи для хищников с более высокой биомассой, но низкой скоростью размножения.
  • Эта причина определяет возможность для пирамиды чисел быть перевернутой.

Примечание 6

Перевернутая экологическая пирамида характеризуется тем, что плотность организмов в конкретный момент времени на низком трофическом уровне может быть ниже, чем плотность организмов на более высоком уровне.

Пример 4

Пищевая цепь детрита представляет собой перевернутую пирамиду чисел.

Детрит — остатки органических веществ, которые образуются при переработке мертвых растений и животных бактериями и простейшими.

На одном дереве могут жить и кормиться множество насекомых и птиц. В этом случае тоже получаем перевернутую пирамиду чисел.

Перевернутая пирамида биомасс характерна для морских экосистем. В морских экосистемах первичные продуценты или фитопланктонные водоросли быстро делятся. У них большой репродуктивный потенциал и быстрая смена поколений.

Потребители фитопланктона крупнее, а размножаются медленнее. Пока хищные рыбы накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона. И их суммарная биомасса больше.

Примечание 7

В пирамидах биомасс не учитывается продолжительность существования поколений особей на трофических уровнях. Также не берется во внимание скорость образования и выедания биомассы на разных уровнях.

Структура, что лежит в основании

В основании экологической пирамиды находятся продуценты.

Продуцентами или производителями называют такие организмы, которые производят органические вещества из неорганических. Органические вещества потребляются животными.

К продуцентам относят растения и некоторые виды бактерий.

В процессе фотосинтеза растения преобразуют солнечную энергию и синтезируют органические вещества. Побочным продуктом реакции является кислород. Потребители используют полученные вещества в качестве пищи.

Следующий уровень пирамиды — консументы.

Консументами называют организмы, которые потребляют органические вещества.

  1. Консументы I порядка едят растения, консументы II, III порядков — хищники.
  2. Травоядные организмы употребляют растительную пищу, плотоядные организмы — животную.
  3. В процессе пищеварения консументы осуществляют первичное разложение и измельчение органического вещества.
  4. И на следующем уровне экологической пирамиды находятся редуценты.

Редуцентами называют организмы, которые разрушают мертвые или разлагающиеся организмы. Ими осуществляется естественный процесс разложения.

Редуцентами являются сапротрофы. К сапротрофам относят грибы и бактерии, которые разлагают останки мертвых организмов. Некоторые растения тоже относят к сапротрофам.

Функция редуцентов заключается в обеспечении круговорота веществ в процессе преобразования накопленных организмами органических веществ в неорганические.

Вместе продуценты, консументы и редуценты образуют трофические уровни в экосистеме.

Функции пирамид, что отражают

Функции экологических пирамид:

  1. Показать схемы питания в различных экосистемах.
  2. Сформировать представление о том, насколько эффективна или неэффективна передача энергии.
  3. Показать влияние изменения числа организмов на одном трофическом уровне на трофические уровни выше и ниже.
  4. Предсказать последствия состояния экосистемы на основе данных в течение нескольких лет.

Вывод, примеры экологических пирамид

Пример 5

Пирамида численности экосистемы луга:

Основание — растения.

Следующая ступень — основной потребитель: травоядные. Например, кузнечики. Их количество меньше растений.

Следующий уровень — первичный хищник. Например, грызуны едят кузнечиков. Количество грызунов меньше кузнечиков.

Следующая ступень — вторичный хищник. Например, рептилии. Они едят грызунов.

И вершина пирамиды — основной хищник. Например, ястреб.

С каждым уровнем количество представителей уменьшается.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector