Zasada piramidy ekologicznej

Ilość materii roślinnej stanowiącej podstawę łańcucha pokarmowego jest w przybliżeniu 10 razy większa niż masa zwierząt roślinożernych, a każdy kolejny poziom pokarmu również ma masę 10 razy mniejszą.

Piramida liczb (cyfry) odzwierciedla liczbę pojedynczych organizmów na każdym poziomie. Na przykład, aby nakarmić jednego wilka, potrzebuje co najmniej kilku zajęcy, na które będzie mógł polować; Aby nakarmić te zające, potrzebujesz dość dużej różnorodności roślin. Czasami piramidy liczb można odwrócić lub wywrócić do góry nogami. Dotyczy to leśnych łańcuchów pokarmowych, w których drzewa są producentami, a owady głównymi konsumentami. W tym przypadku poziom konsumentów pierwotnych jest liczebnie bogatszy niż poziom producentów (na jednym drzewie żeruje duża liczba owadów).

Piramida biomasy- stosunek mas organizmów na różnych poziomach troficznych. Zwykle w biocenozach lądowych całkowita masa producentów jest większa niż każde kolejne ogniwo. Z kolei całkowita masa konsumentów pierwszego rzędu jest większa niż masa konsumentów drugiego rzędu itp. Jeśli organizmy nie różnią się zbytnio wielkością, na wykresie zwykle pojawia się piramida schodkowa ze zwężającym się wierzchołkiem. Zatem do wyprodukowania 1 kg wołowiny potrzeba 70-90 kg świeżej trawy.

W ekosystemach wodnych można również uzyskać odwróconą lub odwróconą piramidę biomasy, gdy biomasa producentów jest mniejsza niż biomasa konsumentów, a czasem rozkładających się. Na przykład w oceanie, przy dość wysokiej produktywności fitoplanktonu, jego całkowita masa w danym momencie może być mniejsza niż masa konsumentów konsumenckich (wieloryby, duże ryby, skorupiaki).

Piramidy liczb i biomasy odzwierciedlają statykę układu, czyli charakteryzują liczbę lub biomasę organizmów w określonym przedziale czasu. Nie dostarczają pełnej informacji o strukturze troficznej ekosystemu, choć pozwalają na rozwiązanie szeregu problemów praktycznych, szczególnie związanych z utrzymaniem trwałości ekosystemów. Piramida liczb pozwala na przykład obliczyć dopuszczalną wielkość połowu ryb lub odstrzału zwierząt w okresie polowań bez konsekwencji dla ich prawidłowego rozmnażania.

Piramida Energii odzwierciedla ilość przepływu energii, prędkość przejścia masy żywnościowej przez łańcuch pokarmowy. Na strukturę biocenozy w większym stopniu wpływa nie ilość ustalonej energii, ale tempo produkcji żywności.

Ustalono, że maksymalna ilość energii przeniesionej na kolejny poziom troficzny może w niektórych przypadkach wynosić 30% poprzedniego i tak jest w najlepszym przypadku. W wielu biocenozach i łańcuchach pokarmowych ilość przekazywanej energii może wynosić tylko 1%.

W 1942 r. sformułował to amerykański ekolog R. Lindeman prawo piramidy energetycznej(prawo 10 proc.), zgodnie z którym średnio około 10% energii otrzymanej na poprzednim poziomie piramidy ekologicznej przechodzi z jednego poziomu troficznego przez łańcuchy troficzne na inny poziom troficzny. Pozostała część energii jest tracona w postaci promieniowania cieplnego, ruchu itp. W wyniku procesów metabolicznych organizmy tracą około 90% całej energii w każdym ogniwie łańcucha pokarmowego, która jest wydawana na utrzymanie ich funkcji życiowych.

Istnieją trzy sposoby tworzenia piramid ekologicznych:

1. Piramida populacji odzwierciedla stosunek liczbowy osobników na różnych poziomach troficznych ekosystemu. Jeśli organizmy na tym samym lub różnych poziomach troficznych różnią się znacznie wielkością, wówczas piramida populacji daje zniekształcony obraz prawdziwych relacji między poziomami troficznym. Na przykład w społeczności planktonu liczba producentów jest dziesiątki i setki razy większa niż liczba konsumentów, a w lesie setki tysięcy konsumentów może żerować na organach jednego drzewa - producenta.

2. Piramida biomasy pokazuje ilość żywej materii, czyli biomasy, na każdym poziomie troficznym. W większości ekosystemów lądowych biomasa producentów, czyli całkowita masa roślin, jest największa, a biomasa organizmów na każdym kolejnym poziomie troficznym jest mniejsza niż poprzednia. Jednak w niektórych społecznościach biomasa konsumentów pierwszego rzędu jest większa niż biomasa producentów. Przykładowo w oceanach, gdzie głównymi producentami są algi jednokomórkowe o wysokim współczynniku reprodukcji, ich roczna produkcja może być dziesiątki, a nawet setki razy większa niż rezerwa biomasy. Jednocześnie wszystkie produkty wytwarzane przez glony tak szybko włączają się do łańcucha pokarmowego, że akumulacja biomasy glonów jest niewielka, jednak ze względu na wysokie tempo reprodukcji niewielka podaż glonów wystarcza do utrzymania tempa odbudowy glonów materia organiczna. Pod tym względem w oceanie piramida biomasy ma odwrotną zależność, tj. jest „odwrócona”. Na wyższych poziomach troficznych dominuje tendencja do akumulacji biomasy, gdyż długość życia drapieżników jest długa, wręcz przeciwnie, tempo rotacji ich pokoleń jest niewielkie, a znaczna część substancji wchodzącej do łańcucha pokarmowego zostaje zatrzymana w ich organizmach. ciało.

3. Piramida energetyczna odzwierciedla wielkość przepływu energii w obwodzie mocy. Na kształt tej piramidy nie ma wpływu wielkość osobników i zawsze będzie ona miała kształt trójkątny z szeroką podstawą u dołu, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki. Dlatego piramida energetyczna daje najpełniejszy i najdokładniejszy obraz funkcjonalnej organizacji społeczności, wszystkich procesów metabolicznych w ekosystemie. Jeśli piramidy liczb i biomasy odzwierciedlają statykę ekosystemu (liczbę i biomasę organizmów w danym momencie), to piramida energii odzwierciedla dynamikę przejścia masy pokarmowej przez łańcuchy pokarmowe. Zatem podstawa piramid liczb i biomasy może być większa lub mniejsza od kolejnych poziomów troficznych (w zależności od stosunku producentów i konsumentów w różnych ekosystemach). Piramida energii zawsze zwęża się ku górze. Dzieje się tak dlatego, że energia wydatkowana na oddychanie nie jest przenoszona na kolejny poziom troficzny i opuszcza ekosystem. Dlatego każdy kolejny poziom będzie zawsze niższy od poprzedniego. W ekosystemach lądowych spadkowi ilości dostępnej energii towarzyszy zwykle spadek liczebności i biomasy osobników na każdym poziomie troficznym. Ze względu na tak duże straty energii na budowę nowych tkanek i oddychanie organizmów, łańcuchy pokarmowe nie mogą być długie; zwykle składają się z 3-5 jednostek (poziomów troficznych).

Znajomość praw produktywności ekosystemów oraz umiejętność ilościowego rozliczania przepływu energii mają ogromne znaczenie praktyczne, gdyż produkcja zbiorowisk naturalnych i sztucznych (agroienoz) jest głównym źródłem zaopatrzenia ludzkości w żywność. Dokładne obliczenia przepływów energii i skali produktywności ekosystemów pozwalają tak regulować obieg substancji w nich zachodzących, aby uzyskać jak największy uzysk produktów niezbędnych człowiekowi.

Sukcesje i ich rodzaje.

Proces, w wyniku którego zbiorowiska gatunków roślin i zwierząt są z biegiem czasu zastępowane przez inne, zwykle bardziej złożone zbiorowiska, nazywa się sukces ekologiczny, lub po prostu sukcesja.

Sukcesja ekologiczna zwykle trwa do czasu, gdy zbiorowisko stanie się stabilne i samowystarczalne. Ekolodzy wyróżniają dwa typy sukcesji ekologicznej: pierwotną i wtórną.

Sukcesja pierwotna- to konsekwentny rozwój społeczności na terenach ubogich w glebę.

Etap 1 – pojawienie się miejsca pozbawionego życia;

Etap 2 – zasiedlenie w tym miejscu pierwszych organizmów roślinnych i zwierzęcych;

Etap 3 – zadomowienie się organizmów;

Etap 4 – konkurencja i wypieranie gatunków;

Etap 5 – przekształcenie siedliska przez organizmy, stopniowa stabilizacja warunków i zależności.

Dobrze znanym przykładem sukcesji pierwotnej jest osiadanie zastygłej lawy po erupcji wulkanu lub zbocze po lawinie, która zniszczyła cały profil glebowy, obszary eksploatacji odkrywkowej, z której usunięto wierzchnią warstwę gleby itp. Na takich jałowych obszarach sukcesja pierwotna od nagiej skały do ​​dojrzałego lasu może zająć setki, a nawet tysiące lat.

Sukcesja wtórna- konsekwentny rozwój zbiorowisk na obszarze, na którym naturalna roślinność została wyeliminowana lub poważnie naruszona, ale gleba nie została zniszczona. Sukcesja wtórna rozpoczyna się w miejscu zniszczonej biocenozy (las po pożarze). Sukcesja następuje szybko, ponieważ nasiona i części połączeń pokarmowych zostają zachowane w glebie i powstaje biocenoza. Jeśli przyjrzymy się sukcesji na opuszczonych terenach nieużytkowanych rolniczo, zobaczymy, że dawne pola szybko zarastają różnorodną roślinnością jednoroczną. Mogą tu przedostać się także nasiona gatunków drzew: sosny, świerku, brzozy i osiki, pokonując czasem duże odległości przy pomocy wiatru lub zwierząt. Na początku zmiany zachodzą szybko. Następnie, w miarę pojawiania się wolniej rosnących roślin, tempo sukcesji maleje. Sadzonki brzozy tworzą gęsty porost, który zacienia glebę, a nawet jeśli nasiona świerka kiełkują wraz z brzozą, jej sadzonki, znajdujące się w bardzo niesprzyjających warunkach, pozostają daleko w tyle za brzozowymi. Brzoza nazywana jest „pionierem lasu”, ponieważ prawie zawsze jako pierwsza osiedla się na naruszonych terenach i ma szerokie możliwości adaptacji. Brzozy w wieku 2-3 lat osiągają wysokość 100-120 cm, natomiast jodły w tym wieku zaledwie 10 cm. Zmiany dotyczą także składnika zwierzęcego omawianej biocenozy. W pierwszych stadiach osiedlają się chrząszcze majowe i ćmy brzozowe, następnie pojawiają się liczne ptaki: zięby, gajówki i gajówki. Zasiedlają małe ssaki: ryjówki, krety, jeże. Zmieniające się warunki oświetleniowe zaczynają korzystnie wpływać na młode choinki, przyspieszając ich wzrost.

Nazywa się stabilny etap sukcesji, w którym zbiorowość (biocenoza) jest w pełni ukształtowana i znajduje się w równowadze ze środowiskiem klimakterium Społeczność klimaksowa jest zdolna do samoregulacji i może pozostawać w stanie równowagi przez długi czas.

W ten sposób następuje sukcesja, w której najpierw brzoza, a następnie mieszany las świerkowo-brzozowy zostaje zastąpiony czystym lasem świerkowym. Naturalny proces zastępowania lasu brzozowego lasem świerkowym trwa ponad 100 lat. Dlatego proces sukcesji nazywany jest czasem zmianą świecką.

18. Funkcje materii żywej w biosferze. Żywa materia - jest to całość organizmów żywych (biomasa Ziemi). Jest to system otwarty, charakteryzujący się wzrostem, rozmnażaniem, dystrybucją, wymianą substancji i energii ze środowiskiem zewnętrznym, akumulacją energii i jej przekazywaniem w łańcuchach pokarmowych. Materia żywa spełnia 5 funkcji:

1. Energia (zdolność pochłaniania energii słonecznej, przekształcania jej w energię wiązań chemicznych i przekazywania jej przez łańcuchy pokarmowe)

2. Gaz (zdolność do utrzymania stałego składu gazowego biosfery w wyniku zrównoważonego oddychania i fotosyntezy)

3. Koncentracja (zdolność organizmów żywych do gromadzenia w swoich organizmach pewnych elementów środowiska, w wyniku czego następuje redystrybucja pierwiastków i powstawanie minerałów)

4. Redox (zdolność zmiany stopnia utlenienia pierwiastków i tworzenia różnorodności związków w przyrodzie wspierających różnorodność życia)

5. Niszczący (zdolność rozkładania martwej materii organicznej, dzięki czemu zachodzi cykl substancji)

1. Funkcja wody materii żywej w biosferze jest związana z biogenicznym obiegiem wody, który jest ważny w obiegu wody na planecie.

Wykonując wymienione funkcje, materia żywa przystosowuje się do środowiska i dostosowuje je do swoich potrzeb biologicznych (a jeśli mówimy o człowieku, to społecznych). W tym przypadku materia żywa i jej środowisko rozwijają się jako jedna całość, ale kontrolę nad stanem środowiska sprawują organizmy żywe.

Piramida ekologiczna - graficzne przedstawienie relacji pomiędzy producentami i konsumentami na wszystkich poziomach (roślinożerne, drapieżniki, gatunki żerujące na innych drapieżnikach) w ekosystemie.

Amerykański zoolog Charles Elton zaproponował schematyczne przedstawienie tych zależności w 1927 roku.

Na schematycznym przedstawieniu każdy poziom jest pokazany jako prostokąt, którego długość lub powierzchnia odpowiada wartościom liczbowym ogniwa w łańcuchu pokarmowym (piramida Eltona), ich masie lub energii. Prostokąty ułożone w określonej kolejności tworzą piramidy o różnych kształtach.

Podstawą piramidy jest pierwszy poziom troficzny – poziom producentów; kolejne piętra piramidy tworzą kolejne poziomy łańcucha pokarmowego – konsumenci różnych rzędów. Wysokość wszystkich bloków piramidy jest taka sama, a długość jest proporcjonalna do liczby, biomasy lub energii na odpowiednim poziomie.

Piramidy ekologiczne wyróżnia się w zależności od wskaźników, na podstawie których piramida jest zbudowana. Jednocześnie dla wszystkich piramid ustalono podstawową zasadę, zgodnie z którą w każdym ekosystemie jest więcej roślin niż zwierząt, roślinożerców niż mięsożerców, owadów niż ptaków.

W oparciu o zasadę piramidy ekologicznej można wyznaczyć lub obliczyć stosunki ilościowe różnych gatunków roślin i zwierząt w naturalnych i sztucznie wytworzonych układach ekologicznych. Na przykład na 1 kg masy zwierzęcia morskiego (foka, delfin) potrzeba 10 kg zjedzonych ryb, a te 10 kg potrzebują już 100 kg pożywienia - bezkręgowców wodnych, które z kolei muszą zjeść 1000 kg glonów i bakteriami, tworząc taką masę. W tym przypadku piramida ekologiczna będzie trwała.

Jak jednak wiadomo, od każdej reguły są wyjątki, które zostaną uwzględnione w każdym typie piramidy ekologicznej.

Rodzaje piramid ekologicznych

Piramidy liczb - na każdym poziomie wykreślana jest liczba poszczególnych organizmów

Piramida liczb ukazuje wyraźny wzór odkryty przez Eltona: liczba jednostek tworzących sekwencyjny ciąg powiązań od producentów do konsumentów stale maleje (ryc. 3).

Na przykład, aby nakarmić jednego wilka, potrzebuje co najmniej kilku zajęcy, na które będzie mógł polować; Aby nakarmić te zające, potrzebujesz dość dużej różnorodności roślin. W tym przypadku piramida będzie wyglądać jak trójkąt z szeroką podstawą zwężającą się ku górze.

Jednak ta forma piramidy liczb nie jest typowa dla wszystkich ekosystemów. Czasami można je odwrócić lub wywrócić do góry nogami. Dotyczy to leśnych łańcuchów pokarmowych, w których drzewa są producentami, a owady głównymi konsumentami. W tym przypadku poziom pierwotnych konsumentów jest liczbowo bogatszy niż poziom producentów (duża liczba owadów żeruje na jednym drzewie), dlatego piramidy liczb są najmniej informatywne i najmniej orientacyjne, tj. liczba organizmów na tym samym poziomie troficznym w dużej mierze zależy od ich wielkości.

Piramidy biomasy – charakteryzują całkowitą suchą lub mokrą masę organizmów na danym poziomie troficznym, np. w jednostkach masy na jednostkę powierzchni – g/m2, kg/ha, t/km2 lub objętości – g/m3 (ryc. 4)

Zwykle w biocenozach lądowych całkowita masa producentów jest większa niż każde kolejne ogniwo. Z kolei całkowita masa konsumentów pierwszego rzędu jest większa niż masa konsumentów drugiego rzędu itp.

W tym przypadku (jeśli organizmy nie różnią się zbytnio wielkością) piramida również będzie miała wygląd trójkąta o szerokiej podstawie zwężającej się ku górze. Istnieją jednak istotne wyjątki od tej reguły. Na przykład w morzach biomasa roślinożernego zooplanktonu jest znacznie (czasami 2-3 razy) większa niż biomasa fitoplanktonu, reprezentowanego głównie przez glony jednokomórkowe. Wyjaśnia to fakt, że glony są bardzo szybko zjadane przez zooplankton, ale przed całkowitym zjedzeniem chroni je bardzo wysokie tempo podziału ich komórek.

Ogólnie rzecz biorąc, biogeocenozy lądowe, w których producenci są duzi i żyją stosunkowo długo, charakteryzują się stosunkowo stabilnymi piramidami o szerokiej podstawie. W ekosystemach wodnych, gdzie producenci są mali i mają krótkie cykle życiowe, piramidę biomasy można odwrócić lub odwrócić (z wierzchołkiem skierowanym w dół). Zatem w jeziorach i morzach masa roślin przewyższa masę konsumentów tylko w okresie kwitnienia (wiosna), a przez resztę roku może wystąpić sytuacja odwrotna.

Piramidy liczb i biomasy odzwierciedlają statykę układu, czyli charakteryzują liczbę lub biomasę organizmów w określonym przedziale czasu. Nie dostarczają pełnej informacji o strukturze troficznej ekosystemu, choć pozwalają na rozwiązanie szeregu problemów praktycznych, szczególnie związanych z utrzymaniem trwałości ekosystemów.

Piramida liczb pozwala na przykład obliczyć dopuszczalną wielkość połowu ryb lub odstrzału zwierząt w okresie polowań bez konsekwencji dla ich prawidłowego rozmnażania.

Piramidy energetyczne - pokazuje wielkość przepływu energii lub produktywności na kolejnych poziomach (ryc. 5).

W przeciwieństwie do piramid liczb i biomasy, które odzwierciedlają statykę układu (liczbę organizmów w danym momencie), piramida energii, odzwierciedlająca obraz prędkości przejścia masy pokarmowej (ilości energii) przez każdym poziomie troficznym łańcucha pokarmowego daje najpełniejszy obraz funkcjonalnej organizacji społeczności.

Na kształt tej piramidy nie mają wpływu zmiany wielkości i tempa metabolizmu poszczególnych osób, a jeśli weźmie się pod uwagę wszystkie źródła energii, piramida zawsze będzie miała typowy wygląd z szeroką podstawą i zwężającym się wierzchołkiem. Konstruując piramidę energii, często do jej podstawy dodaje się prostokąt, aby pokazać napływ energii słonecznej.

W 1942 roku amerykański ekolog R. Lindeman sformułował prawo piramidy energetycznej (prawo 10 procent), zgodnie z którym średnio około 10% energii otrzymanej na poprzednim poziomie piramidy ekologicznej przechodzi z jednego trofiku poprzez łańcuchy pokarmowe na inny poziom troficzny. Pozostała część energii jest tracona w postaci promieniowania cieplnego, ruchu itp. W wyniku procesów metabolicznych organizmy tracą około 90% całej energii w każdym ogniwie łańcucha pokarmowego, która jest wydawana na utrzymanie ich funkcji życiowych.

Jeśli zając zjadł 10 kg materii roślinnej, jego waga może wzrosnąć o 1 kg. Lis lub wilk zjedzony 1 kg mięsa zająca zwiększa swoją masę zaledwie o 100 g. U roślin drzewiastych proporcja ta jest znacznie niższa ze względu na słabą absorpcję drewna przez organizmy. W przypadku traw i wodorostów wartość ta jest znacznie większa, ponieważ nie mają one trudnych do strawienia tkanek. Jednakże ogólny schemat procesu przekazywania energii pozostaje taki sam: przez górne poziomy troficzne przechodzi znacznie mniej energii niż przez niższe.

Rozważmy transformację energii w ekosystemie na przykładzie prostego łańcucha troficznego pastwiska, w którym występują tylko trzy poziomy troficzne.

poziom - rośliny zielne,

poziom - ssaki roślinożerne, na przykład zające

poziom - ssaki drapieżne, na przykład lisy

Składniki odżywcze powstają w procesie fotosyntezy przez rośliny, które z substancji nieorganicznych (woda, dwutlenek węgla, sole mineralne itp.) tworzą substancje organiczne i tlen, a także ATP, wykorzystując energię światła słonecznego. Część energii elektromagnetycznej promieniowania słonecznego zamieniana jest na energię wiązań chemicznych syntetyzowanych substancji organicznych.

Cała materia organiczna powstająca podczas fotosyntezy nazywana jest pierwotną produkcją brutto (GPP). Część energii produkcji pierwotnej brutto jest zużywana na oddychanie, w wyniku czego powstaje produkcja pierwotna netto (NPP), czyli właśnie substancja wchodząca na drugi poziom troficzny i wykorzystywana przez zające.

Niech na pasie startowym będzie 200 konwencjonalnych jednostek energii, a koszty roślin do oddychania (R) - 50%, tj. 100 konwencjonalnych jednostek energii. Wtedy produkcja pierwotna netto będzie równa: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), tj. Na drugim poziomie troficznym zające otrzymają 100 konwencjonalnych jednostek energii.

Jednak z różnych powodów zające są w stanie skonsumować tylko pewną część elektrowni jądrowej (w przeciwnym razie zaniknęłyby zasoby potrzebne do rozwoju żywej materii), natomiast znaczna jej część występuje w postaci martwych pozostałości organicznych (podziemne części roślin , twarde drewno z pni, gałęzi itp.) nie nadaje się do spożycia przez zające. Przedostaje się do szkodliwych łańcuchów pokarmowych i/lub jest rozkładany przez czynniki rozkładające (F). Druga część zajmuje się budową nowych komórek (wielkość populacji, wzrost zajęcy - P) i zapewnieniem metabolizmu energetycznego lub oddychania (R).

W tym przypadku, zgodnie z podejściem bilansowym, bilansowa równość zużycia energii (C) będzie wyglądać następująco: C = P + R + F, tj. Energia otrzymana na drugim poziomie troficznym zostanie wydana, zgodnie z prawem Lindemanna, na wzrost populacji - P - 10%, pozostałe 90% zostanie wydane na oddychanie i usuwanie niestrawionego pokarmu.

Zatem w ekosystemach wraz ze wzrostem poziomu troficznego następuje szybki spadek energii zgromadzonej w ciałach organizmów żywych. Stąd jasne jest, dlaczego każdy kolejny poziom będzie zawsze mniejszy od poprzedniego i dlaczego łańcuchy pokarmowe zwykle nie mogą mieć więcej niż 3-5 (rzadko 6) ogniw, a piramidy ekologiczne nie mogą składać się z dużej liczby pięter: do ostatniego ogniwo łańcucha pokarmowego jest takie samo jak na ostatnim piętrze piramidy ekologicznej, otrzyma tak mało energii, że nie wystarczy, jeśli liczba organizmów wzrośnie.

Taka kolejność i podporządkowanie grup organizmów połączonych w formie poziomów troficznych reprezentuje przepływy materii i energii w biogeocenozie, będącej podstawą jej organizacji funkcjonalnej.

Często studiowanie piramid ekologicznych sprawia uczniom duże trudności. W rzeczywistości nawet najbardziej prymitywne i łatwe piramidy ekologiczne zaczynają być badane przez przedszkolaki i uczniów w szkole podstawowej. W ostatnich latach ekologia jako nauka zaczęła zyskiwać na znaczeniu, gdyż nauka ta odgrywa znaczącą rolę we współczesnym świecie. Piramida ekologiczna jest częścią ekologii jako nauki. Aby zrozumieć, co to jest, musisz przeczytać ten artykuł.

Co to jest piramida ekologiczna?

Piramida ekologiczna to projekt graficzny, który najczęściej przedstawiany jest w kształcie trójkąta. Takie modele przedstawiają strukturę troficzną biocenozy. Oznacza to, że piramidy ekologiczne wyświetlają liczbę osobników, ich biomasę, czy też ilość zawartej w nich energii. Każdy z nich może wykazać dowolny wskaźnik. Oznacza to zatem, że piramidy ekologiczne mogą być kilku typów: piramida wyświetlająca liczbę osobników, piramida odzwierciedlająca ilość biomasy reprezentowanych osobników, a także ostatnia piramida ekologiczna, która wyraźnie pokazuje ilość zawartej energii u tych osób.

Co to są piramidy liczbowe?

Piramida liczb (lub liczb) pokazuje liczbę organizmów na każdym poziomie troficznym. Taki ekologiczny model graficzny można zastosować w nauce, ale jest to niezwykle rzadkie. Powiązania w ekologicznej piramidzie liczb można przedstawiać niemal w nieskończoność, czyli strukturę biocenozy w jednej piramidzie jest niezwykle trudno zobrazować. Ponadto na każdym poziomie troficznym występuje wiele osobników, co sprawia, że ​​czasami prawie niemożliwe jest ukazanie całej struktury biocenozy w jednej pełnej skali.

Przykład konstrukcji piramidy liczb

Aby zrozumieć piramidę liczb i jej budowę, należy dowiedzieć się, które osobniki i jakie interakcje między nimi wchodzą w skład tej piramidy ekologicznej. Przyjrzyjmy się teraz szczegółowo przykładom.

Niech podstawą figury będzie 1000 ton trawy. Ta trawa, powiedzmy, za 1 rok będzie w stanie wyżywić około 26 milionów koników polnych i innych owadów w naturalnych warunkach przetrwania. W tym przypadku koniki polne będą umiejscowione ponad roślinnością i będą stanowić drugi poziom troficzny. Trzeci poziom troficzny stanowić będzie 90 tys. żab, które w ciągu roku zjadają znajdujące się poniżej owady. W ciągu roku żaby te będzie mogło zjeść około 300 pstrągów, co oznacza, że ​​będą one znajdować się na czwartym poziomie troficznym piramidy. Osoba dorosła będzie już znajdować się na szczycie piramidy ekologicznej; stanie się piątym i ostatnim ogniwem tego łańcucha, czyli ostatnim poziomem troficznym. Stanie się tak, ponieważ w ciągu roku człowiek będzie mógł zjeść około 300 pstrągów. Z kolei człowiek jest na najwyższym poziomie na świecie i dlatego nikt nie może go zjeść. Jak pokazano na przykładzie, brakujące ogniwa w ekologicznej piramidzie liczb są niemożliwe.

Może mieć różnorodne struktury w zależności od ekosystemu. Na przykład ta piramida dla ekosystemów lądowych może wyglądać niemal identycznie jak piramida energetyczna. Oznacza to, że piramida biomasy będzie zbudowana w taki sposób, że ilość biomasy będzie się zmniejszać z każdym kolejnym poziomem troficznym.

Generalnie piramidami biomasowymi zajmują się głównie studenci, gdyż ich zrozumienie wymaga pewnej wiedzy z zakresu biologii, ekologii i zoologii. Ta piramida ekologiczna to rysunek graficzny przedstawiający relacje pomiędzy producentami (czyli producentami substancji organicznych z nieorganicznych) a konsumentami (konsumentami tych substancji organicznych).

i prosudenty?

Aby naprawdę zrozumieć zasadę budowy piramidy biomasy, należy zrozumieć, kim są konsumenci i producenci.

Producenci to producenci substancji organicznych z nieorganicznych. To są rośliny. Na przykład liście roślin zużywają dwutlenek węgla (materia nieorganiczna) i wytwarzają materię organiczną w procesie fotosyntezy.

Konsumenci są konsumentami tych substancji organicznych. W ekosystemie lądowym są to zwierzęta i ludzie, a w ekosystemach wodnych różne zwierzęta morskie i ryby.

Odwrócone piramidy biomasy

Odwrócona piramida biomasy ma budowę odwróconego trójkąta skierowanego w dół, to znaczy jej podstawa jest węższa niż wierzchołek. Taka piramida nazywana jest odwróconą lub odwróconą. Piramida ekologiczna ma taką strukturę, jeśli biomasa producentów (producentów substancji organicznych) jest mniejsza niż biomasa konsumentów (konsumentów substancji organicznych).

Jak wiemy piramida ekologiczna jest graficznym modelem konkretnego ekosystemu. Jednym z ważnych modeli ekologicznych jest graficzna konstrukcja przepływu energii. Piramida odzwierciedlająca prędkość i czas przejścia pożywienia nazywana jest piramidą energii. Został on opracowany dzięki słynnemu amerykańskiemu naukowcowi, który był ekologiem i zoologiem Raymondem Lindemanem. Raymond sformułował prawo (zasadę piramidy ekologicznej), które głosiło, że podczas przejścia z najniższego poziomu troficznego na następny przechodzi około 10% (mniej więcej) energii, która weszła na poprzedni poziom piramidy ekologicznej łańcuchy pokarmowe. A pozostała część energii z reguły jest wydawana na proces życia, na ucieleśnienie tego procesu. A w wyniku samego procesu wymiany w każdym ogniwie organizmy tracą około 90% swojej energii.

Wzór piramidy energetycznej

W rzeczywistości wzór jest taki, że przez górne poziomy troficzne przechodzi znacznie mniej energii (kilka razy) niż przez niższe. Z tego powodu dużych zwierząt drapieżnych jest znacznie mniej niż na przykład żab czy owadów.

Rozważmy na przykład tak drapieżne zwierzę jak niedźwiedź. Może znajdować się na szczycie, czyli na ostatnim poziomie troficznym, gdyż trudno znaleźć zwierzę, które by się nim żerowało. Gdyby istniała duża liczba zwierząt, które zjadały niedźwiedzie jako pożywienie, już by wymarły, ponieważ nie byłyby w stanie same się wyżywić, ponieważ niedźwiedzi jest niewiele. Tego właśnie dowodzi piramida energii.

Piramida równowagi naturalnej

Dzieci w wieku szkolnym zaczynają się go uczyć już w pierwszej lub drugiej klasie, ponieważ jest dość łatwy do zrozumienia, ale jednocześnie bardzo ważny jako element nauki o ekologii. Piramida naturalnej równowagi działa w różnych ekosystemach, zarówno lądowych, jak i podwodnych. Często używa się go, aby przedstawić dzieciom w wieku szkolnym znaczenie każdego stworzenia na ziemi. Aby zrozumieć piramidę równowagi naturalnej, należy rozważyć przykłady.

Przykłady budowy piramidy równowagi naturalnej

Piramidę równowagi naturalnej można wyraźnie wykazać na podstawie interakcji rzeki i lasu. Na przykład rysunek graficzny może przedstawiać następującą interakcję zasobów naturalnych: na brzegu rzeki znajdował się las sięgający daleko w głąb. Rzeka była bardzo głęboka, a na jej brzegach rosły kwiaty, grzyby i krzewy. W jego wodach było mnóstwo ryb. W tym przykładzie mamy do czynienia z równowagą ekologiczną. Rzeka oddaje wilgoć drzewom, ale drzewa dają cień i nie pozwalają na odparowanie wody z rzeki. Rozważmy odwrotny przykład naturalnej równowagi. Jeśli coś stanie się z lasem, drzewa spalą się lub zostaną wycięte, rzeka może wyschnąć bez ochrony. To jest przykład destrukcji

To samo może się zdarzyć ze zwierzętami i roślinami. Weźmy pod uwagę sowy i żołędzie. Żołędzie są podstawą naturalnej równowagi w piramidzie ekologicznej, gdyż nie żywią się niczym, a jednocześnie stanowią pokarm dla gryzoni. Drugim składnikiem następnego poziomu troficznego będą myszy leśne. Żywią się żołędziami. Na szczycie piramidy będą sowy, ponieważ jedzą myszy. Jeśli znikną żołędzie rosnące na drzewie, myszy nie będą miały nic do jedzenia i najprawdopodobniej umrą. Ale wtedy sowy nie będą miały kogo jeść i cały ich gatunek wymrze. To jest piramida naturalnej równowagi.

Dzięki tym piramidom ekolodzy mogą monitorować stan przyrody i świata zwierząt i wyciągać odpowiednie wnioski.

Można to przedstawić graficznie w postaci tzw. piramid ekologicznych. Podstawą piramidy jest poziom producentów, a kolejne poziomy żywienia tworzą podłogi i szczyt piramidy. Istnieją trzy główne typy piramid ekologicznych:

1. Piramida liczb odzwierciedlająca liczbę organizmów na każdym poziomie;
2. Piramida biomasycharakteryzująca masę żywej materii - całkowita sucha masa, zawartość kalorii itp.;
3. Piramida produkcji (energii) o charakterze uniwersalnym, ukazująca zmianę produkcji pierwotnej (energii) na kolejnych poziomach troficznych.

Regularny piramidy liczb w przypadku łańcuchów pastwiskowych mają one bardzo szeroką bazę i ostre zwężenie w kierunku konsumentów końcowych. W tym przypadku liczba „kroków” różni się co najmniej o 1-3 rzędy wielkości. Dotyczy to jednak tylko zbiorowisk zielnych - biocenoz łąkowych lub stepowych.

Obraz zmienia się radykalnie, jeśli weźmiemy pod uwagę zbiorowiska leśne (na jednym drzewie mogą żerować tysiące fitofagów) lub jeśli na tym samym poziomie troficznym pojawią się tak różne fitofagi, jak mszyce i słonie. To zniekształcenie można przezwyciężyć piramidy biomasy.

W ekosystemach lądowych biomasa roślin jest zawsze znacznie większa niż biomasa zwierząt, a biomasa fitofagów jest zawsze większa niż biomasa zoofagów.

Piramidy biomasy dla ekosystemów wodnych, zwłaszcza morskich, wyglądają inaczej: biomasa zwierząt jest zwykle znacznie większa niż biomasa roślin. Ta „niepoprawność” wynika z faktu, że piramidy biomasy nie uwzględniają czasu trwania pokoleń osobników na różnych poziomach troficznych, tempa powstawania i zużycia biomasy. Głównym producentem ekosystemów morskich jest fitoplankton, który charakteryzuje się dużym potencjałem rozrodczym i szybką zmianą pokoleń. W czasie, aż drapieżne ryby (a tym bardziej morsy i wieloryby) zgromadzą swoją biomasę, zmieni się wiele pokoleń fitoplanktonu, którego całkowita biomasa jest znacznie większa. Dlatego uniwersalnym sposobem wyrażenia struktury troficznej ekosystemów jest piramida tempa powstawania żywej materii, innymi słowy piramida energii.

Zasadą jest doskonalsze odzwierciedlenie wpływu relacji troficznych na ekosystem piramidy produktów (energia): Na każdym poprzednim poziomie troficznym ilość biomasy wytworzonej w jednostce czasu (lub energii) jest większa niż na następnym. Piramida produkcji odzwierciedla prawa wydatkowania energii w łańcuchach troficznych.

Ostatecznie wszystkie trzy zasady piramidy odzwierciedlają relacje energetyczne w ekosystemie, a piramida produktu (energii) ma charakter uniwersalny.

W przyrodzie, w układach stabilnych, biomasa ulega niewielkim zmianom, tj. przyroda stara się wykorzystać całą swoją produkcję brutto. Znajomość energii ekosystemu i jej wskaźników ilościowych pozwala trafnie uwzględnić możliwość usunięcia określonej ilości biomasy roślinnej i zwierzęcej z naturalnego ekosystemu bez naruszenia jego produktywności.

Człowiek otrzymuje całkiem sporo produktów z systemów naturalnych, jednak głównym źródłem pożywienia dla niego jest rolnictwo. Po stworzeniu agroekosystemów człowiek stara się uzyskać jak najwięcej czystych produktów roślinnych, ale połowę masy roślinnej musi wydać na karmienie roślinożerców, ptaków itp., znaczna część produktów trafia do przemysłu i jest tracona w odpadach , tj. i tutaj traci się około 90% produkcji netto, a tylko około 10% jest bezpośrednio wykorzystywane do spożycia przez ludzi.