Utawala wa piramidi ya kiikolojia

Kiasi cha vitu vya mimea ambavyo hutumika kama msingi wa mnyororo wa chakula ni takriban mara 10 zaidi ya wingi wa wanyama wanaokula mimea, na kila kiwango cha chakula kinachofuata pia kina misa mara 10 chini.

Piramidi ya nambari (nambari) huonyesha idadi ya viumbe katika kila ngazi. Kwa mfano, kulisha mbwa mwitu mmoja, anahitaji angalau hares kadhaa kwa ajili yake kuwinda; Ili kulisha hares hizi, unahitaji aina kubwa ya mimea. Wakati mwingine piramidi za nambari zinaweza kugeuzwa, au kichwa chini. Hii inatumika kwa minyororo ya chakula cha misitu, ambapo miti hutumika kama wazalishaji na wadudu hutumika kama watumiaji wa kimsingi. Katika kesi hiyo, kiwango cha watumiaji wa msingi ni idadi kubwa kuliko kiwango cha wazalishaji (idadi kubwa ya wadudu hula kwenye mti mmoja).

Piramidi ya biomasi- uwiano wa wingi wa viumbe vya viwango tofauti vya trophic. Kawaida katika biocenoses ya dunia jumla ya wingi wa wazalishaji ni kubwa kuliko kila kiungo kinachofuata. Kwa upande wake, jumla ya wingi wa watumiaji wa amri ya kwanza ni kubwa zaidi kuliko ile ya watumiaji wa pili, nk. Ikiwa viumbe havitofautiani sana kwa ukubwa, grafu kawaida husababisha piramidi iliyopigwa na ncha ya tapering. Kwa hivyo, ili kuzalisha kilo 1 cha nyama ya ng'ombe unahitaji kilo 70-90 cha nyasi safi.

Katika mifumo ikolojia ya majini, unaweza pia kupata piramidi iliyogeuzwa, au iliyogeuzwa, ya biomasi, wakati biomasi ya wazalishaji ni chini ya ile ya watumiaji, na wakati mwingine ya watenganishaji. Kwa mfano, katika bahari, na tija ya juu ya phytoplankton, jumla ya wingi wake kwa wakati fulani inaweza kuwa chini ya ile ya watumiaji wa watumiaji (nyangumi, samaki kubwa, samakigamba).

Piramidi za nambari na biomasi zinaonyesha statics ya mfumo, ambayo ni, zinaonyesha nambari au biomasi ya viumbe katika kipindi fulani cha wakati. Hazitoi habari kamili kuhusu muundo wa kitropiki wa mfumo ikolojia, ingawa zinaruhusu kutatua shida kadhaa za kiutendaji, haswa zinazohusiana na kudumisha uendelevu wa mifumo ikolojia. Piramidi ya nambari inaruhusu, kwa mfano, kuhesabu kiasi kinachoruhusiwa cha samaki au risasi ya wanyama wakati wa msimu wa uwindaji bila matokeo kwa uzazi wao wa kawaida.

Piramidi ya Nishati huonyesha kiasi cha mtiririko wa nishati, kasi ya kupita kwa wingi wa chakula kupitia mlolongo wa chakula. Muundo wa biocenosis huathiriwa kwa kiasi kikubwa si kwa kiasi cha nishati ya kudumu, lakini kwa kiwango cha uzalishaji wa chakula.

Imeanzishwa kuwa kiwango cha juu cha nishati iliyohamishiwa kwenye ngazi ya trophic inayofuata inaweza katika baadhi ya matukio kuwa 30% ya uliopita, na hii ni katika hali nzuri zaidi. Katika biocenoses nyingi na minyororo ya chakula, kiasi cha nishati iliyohamishwa inaweza kuwa 1% tu.

Mnamo 1942, mwanaikolojia wa Amerika R. Lindeman alitengeneza sheria ya piramidi ya nishati(sheria ya asilimia 10), kulingana na ambayo, kwa wastani, karibu 10% ya nishati iliyopokelewa katika kiwango cha awali cha piramidi ya kiikolojia hupita kutoka ngazi moja ya trophic kupitia minyororo ya chakula hadi ngazi nyingine ya trophic. Nishati iliyobaki inapotea kwa njia ya mionzi ya joto, harakati, nk. Kama matokeo ya michakato ya kimetaboliki, viumbe hupoteza karibu 90% ya nishati yote katika kila kiungo cha mnyororo wa chakula, ambayo hutumiwa kudumisha kazi zao muhimu.

Kuna njia tatu za kuunda piramidi za kiikolojia:

1. Piramidi ya idadi ya watu inaonyesha uwiano wa nambari za watu wa viwango tofauti vya trophic vya mfumo wa ikolojia. Ikiwa viumbe vilivyo ndani ya viwango sawa au tofauti vya trophic vinatofautiana sana kwa ukubwa, basi piramidi ya idadi ya watu inatoa wazo potofu la uhusiano wa kweli kati ya viwango vya trophic. Kwa mfano, katika jumuiya ya plankton idadi ya wazalishaji ni makumi na mamia ya mara zaidi kuliko idadi ya watumiaji, na katika msitu mamia ya maelfu ya watumiaji wanaweza kulisha viungo vya mti mmoja - mtayarishaji.

2. Piramidi ya biomasi inaonyesha kiasi cha viumbe hai, au biomasi, katika kila ngazi ya trophic. Katika mazingira mengi ya dunia, majani ya wazalishaji, yaani, jumla ya mimea, ni kubwa zaidi, na biomass ya viumbe katika kila ngazi ya trophic inayofuata ni chini ya moja ya awali. Hata hivyo, katika baadhi ya jumuiya biomasi ya watumiaji wa utaratibu wa kwanza ni kubwa kuliko biomass ya wazalishaji. Kwa mfano, katika bahari, ambapo wazalishaji wakuu ni mwani wa unicellular na kiwango cha juu cha uzazi, uzalishaji wao wa kila mwaka unaweza kuwa makumi au hata mamia ya mara zaidi kuliko hifadhi ya biomass. Wakati huo huo, bidhaa zote zinazoundwa na mwani zinahusika haraka sana katika mnyororo wa chakula hivi kwamba mkusanyiko wa majani ya mwani ni mdogo, lakini kwa sababu ya viwango vya juu vya uzazi, ugavi mdogo wa mwani unatosha kudumisha kiwango cha ujenzi upya wa mwani. jambo la kikaboni. Katika suala hili, katika bahari piramidi ya biomasi ina uhusiano wa kinyume, yaani, "imegeuzwa." Katika viwango vya juu vya trophic, tabia ya kujilimbikiza majani hutawala, kwa kuwa muda wa maisha ya wanyama wanaowinda wanyama wengine ni mrefu, kiwango cha mauzo ya vizazi vyao, kinyume chake, ni ndogo, na sehemu kubwa ya dutu inayoingia kwenye mlolongo wa chakula huhifadhiwa ndani yao. mwili.

3. Piramidi ya nishati inaonyesha kiasi cha mtiririko wa nishati katika mzunguko wa nguvu. Sura ya piramidi hii haiathiriwi na saizi ya watu binafsi, na daima itakuwa na sura ya pembetatu na msingi mpana chini, kama inavyoagizwa na sheria ya pili ya thermodynamics. Kwa hiyo, piramidi ya nishati inatoa picha kamili na sahihi zaidi ya shirika la kazi la jumuiya, ya michakato yote ya kimetaboliki katika mfumo wa ikolojia. Ikiwa piramidi za nambari na biomasi zinaonyesha statics ya mfumo wa ikolojia (idadi na biomasi ya viumbe kwa wakati fulani), basi piramidi ya nishati inaonyesha mienendo ya kifungu cha wingi wa chakula kupitia minyororo ya chakula. Kwa hivyo, msingi katika piramidi za nambari na majani inaweza kuwa kubwa au chini ya viwango vya trophic vilivyofuata (kulingana na uwiano wa wazalishaji na watumiaji katika mazingira tofauti). Piramidi ya nishati daima hupungua juu. Hii ni kutokana na ukweli kwamba nishati inayotumiwa kwenye kupumua haihamishiwi kwenye ngazi inayofuata ya trophic na kuacha mfumo wa ikolojia. Kwa hivyo, kila ngazi inayofuata itakuwa chini ya ile iliyopita. Katika mifumo ikolojia ya nchi kavu, kupungua kwa kiasi cha nishati inayopatikana kwa kawaida hufuatana na kupungua kwa wingi na biomasi ya watu binafsi katika kila ngazi ya trophic. Kutokana na hasara hizo kubwa za nishati kwa ajili ya ujenzi wa tishu mpya na kupumua kwa viumbe, minyororo ya chakula haiwezi kuwa ndefu; kawaida huwa na vitengo 3-5 (viwango vya trophic).

Ujuzi wa sheria za tija ya mfumo wa ikolojia na uwezo wa kuhesabu kwa kiasi kikubwa mtiririko wa nishati ni muhimu sana kwa vitendo, kwani uzalishaji wa jamii asilia na bandia (agroienoses) ndio chanzo kikuu cha usambazaji wa chakula kwa wanadamu. Mahesabu sahihi ya mtiririko wa nishati na kiwango cha tija ya mifumo ya ikolojia hufanya iwezekanavyo kudhibiti mzunguko wa vitu ndani yao kwa njia ya kufikia mavuno makubwa ya bidhaa muhimu kwa wanadamu.

Mafanikio na aina zao.

Mchakato ambao jamii za spishi za mimea na wanyama hubadilishwa kwa wakati na jamii zingine, kwa kawaida ngumu zaidi, huitwa mfululizo wa kiikolojia, au mfululizo tu.

Urithi wa kiikolojia kwa kawaida huendelea hadi jumuiya inakuwa dhabiti na inayojitegemea. Wanaikolojia wanafautisha aina mbili za mfululizo wa ikolojia: msingi na sekondari.

Mfululizo wa msingi- ni maendeleo thabiti ya jamii katika maeneo yasiyo na udongo.

Hatua ya 1 - kuibuka kwa mahali bila maisha;

Hatua ya 2 - makazi ya mimea ya kwanza na viumbe vya wanyama mahali hapa;

Hatua ya 3 - uanzishwaji wa viumbe;

Hatua ya 4 - ushindani na uhamisho wa spishi;

Hatua ya 5 - mabadiliko ya makazi na viumbe, utulivu wa taratibu wa hali na mahusiano.

Mfano unaojulikana wa mfululizo wa msingi ni makazi ya lava iliyoimarishwa baada ya mlipuko wa volkeno au mteremko baada ya maporomoko ya theluji ambayo yaliharibu wasifu wote wa udongo, maeneo ya uchimbaji wa madini ya wazi ambayo safu ya juu ya udongo imeondolewa, nk. Katika maeneo hayo yasiyo na kitu, mfululizo wa msingi kutoka kwa miamba tupu hadi msitu uliokomaa unaweza kuchukua mamia hadi maelfu ya miaka.

Mfululizo wa pili- maendeleo thabiti ya jamii katika eneo ambalo mimea ya asili imeondolewa au kusumbuliwa sana, lakini udongo haujaharibiwa. Mfululizo wa sekondari huanza kwenye tovuti ya biocenosis iliyoharibiwa (msitu baada ya moto). Mafanikio hutokea haraka, kwa sababu mbegu na sehemu za miunganisho ya chakula huhifadhiwa kwenye udongo na biocenosis huundwa. Ikiwa tunatazama mfululizo kwenye ardhi iliyoachwa ambayo haitumiwi kwa kilimo, tunaweza kuona kwamba mashamba ya zamani yanafunikwa haraka na aina mbalimbali za mimea ya kila mwaka. Mbegu za aina za miti: pine, spruce, birch, na aspen pia zinaweza kufika hapa, wakati mwingine kushinda umbali mrefu kwa msaada wa upepo au wanyama. Hapo awali, mabadiliko hufanyika haraka. Kisha, mimea inayokua polepole inapoibuka, kasi ya mfululizo hupungua. Miche ya birch huunda ukuaji mnene ambao huweka kivuli kwenye udongo, na hata ikiwa mbegu za spruce huota pamoja na birch, miche yake, ikijikuta katika hali mbaya sana, iko nyuma ya zile za birch. Birch inaitwa "painia wa msitu", kwani karibu kila mara ni ya kwanza kukaa kwenye ardhi iliyochafuka na ina anuwai ya kubadilika. Miti ya Birch katika umri wa miaka 2-3 inaweza kufikia urefu wa cm 100-120, wakati miti ya fir katika umri huo huo vigumu kufikia cm 10. Mabadiliko pia huathiri sehemu ya wanyama ya biocenosis inayohusika. Katika hatua za kwanza, Mei mende na nondo za birch hukaa, kisha ndege wengi huonekana: finches, warblers, warblers. Mamalia wadogo hukaa ndani: shrews, moles, hedgehogs. Kubadilisha hali ya taa huanza kuwa na athari ya manufaa kwa miti ya Krismasi ya vijana, ambayo huharakisha ukuaji wao.

Hatua thabiti ya mfululizo, wakati jamii (biocenosis) imeundwa kikamilifu na iko katika usawa na mazingira inaitwa. kukoma hedhi Jumuiya ya kilele ina uwezo wa kujidhibiti na inaweza kubaki katika hali ya usawa kwa muda mrefu.

Kwa hivyo, mfululizo hutokea, ambayo kwanza birch, kisha msitu mchanganyiko wa spruce-birch hubadilishwa na msitu safi wa spruce. Mchakato wa asili wa kuchukua nafasi ya msitu wa birch na msitu wa spruce hudumu zaidi ya miaka 100. Ndio maana mchakato wa urithi wakati mwingine huitwa mabadiliko ya kidunia.

18. Kazi za viumbe hai katika biosphere. Kitu hai - huu ni jumla ya viumbe hai (biomass of the Earth). Ni mfumo wazi unaojulikana na ukuaji, uzazi, usambazaji, kubadilishana vitu na nishati na mazingira ya nje, mkusanyiko wa nishati na maambukizi yake katika minyororo ya chakula. Kiumbe hai hufanya kazi 5:

1. Nishati (uwezo wa kunyonya nishati ya jua, kuibadilisha kuwa nishati ya vifungo vya kemikali na kuisambaza kupitia minyororo ya chakula)

2. Gesi (uwezo wa kudumisha muundo wa gesi wa biosphere kama matokeo ya kupumua kwa usawa na photosynthesis)

3. Kuzingatia (uwezo wa viumbe hai kukusanya vipengele fulani vya mazingira katika miili yao, kwa sababu ambayo ugawaji wa vipengele na uundaji wa madini ulitokea)

4. Redox (uwezo wa kubadilisha hali ya oxidation ya vipengele na kuunda utofauti wa misombo katika asili ili kusaidia utofauti wa maisha)

5. Kuharibu (uwezo wa kuoza vitu vya kikaboni vilivyokufa, kwa sababu ambayo mzunguko wa vitu hutokea)

1. Kazi ya maji ya viumbe hai katika biosphere inahusishwa na mzunguko wa maji ya biogenic, ambayo ni muhimu katika mzunguko wa maji kwenye sayari.

Kufanya kazi zilizoorodheshwa, vitu hai hubadilika kwa mazingira na kuibadilisha kwa mahitaji yake ya kibaolojia (na ikiwa tunazungumza juu ya wanadamu, basi kijamii) mahitaji. Katika kesi hiyo, viumbe hai na mazingira yake yanaendelea kwa ujumla, lakini udhibiti wa hali ya mazingira unafanywa na viumbe hai.

Piramidi ya kiikolojia - uwakilishi wa picha wa uhusiano kati ya wazalishaji na watumiaji wa viwango vyote (wanyama wa mimea, wanyama wanaokula wenzao, spishi zinazolisha wanyama wanaowinda wanyama wengine) kwenye mfumo wa ikolojia.

Mtaalamu wa wanyama wa Kiamerika Charles Elton alipendekeza kuonyesha kimkakati mahusiano haya mnamo 1927.

Katika uwakilishi wa kimkakati, kila ngazi inaonyeshwa kama mstatili, urefu au eneo ambalo linalingana na maadili ya nambari ya kiungo kwenye mnyororo wa chakula (piramidi ya Elton), wingi wao au nishati. Mistatili iliyopangwa kwa mlolongo fulani huunda piramidi za maumbo mbalimbali.

Msingi wa piramidi ni kiwango cha kwanza cha kitropiki - kiwango cha wazalishaji; sakafu zinazofuata za piramidi huundwa na viwango vifuatavyo vya mlolongo wa chakula - watumiaji wa maagizo anuwai. Urefu wa vitalu vyote kwenye piramidi ni sawa, na urefu ni sawia na nambari, majani au nishati katika kiwango kinacholingana.

Piramidi za kiikolojia zinajulikana kulingana na viashiria kwa msingi ambao piramidi imejengwa. Wakati huo huo, kanuni ya msingi imeanzishwa kwa piramidi zote, kulingana na ambayo katika mazingira yoyote kuna mimea zaidi kuliko wanyama, wanyama wa mimea kuliko wanyama wanaokula nyama, wadudu kuliko ndege.

Kulingana na utawala wa piramidi ya kiikolojia, inawezekana kuamua au kuhesabu uwiano wa kiasi cha aina tofauti za mimea na wanyama katika mifumo ya kiikolojia ya asili na ya bandia. Kwa mfano, kilo 1 ya wingi wa mnyama wa baharini (muhuri, pomboo) inahitaji kilo 10 za samaki walioliwa, na hizi kilo 10 tayari zinahitaji kilo 100 za chakula chao - wanyama wasio na uti wa mgongo wa majini, ambao, kwa upande wake, wanahitaji kula kilo 1000 za mwani. na bakteria kuunda misa kama hiyo. Katika kesi hii, piramidi ya kiikolojia itakuwa endelevu.

Walakini, kama unavyojua, kuna tofauti kwa kila sheria, ambayo itazingatiwa katika kila aina ya piramidi ya kiikolojia.

Aina za piramidi za kiikolojia

Piramidi za nambari - katika kila ngazi idadi ya viumbe vya mtu binafsi imepangwa

Piramidi ya nambari huonyesha muundo wazi uliogunduliwa na Elton: idadi ya watu wanaounda safu mfululizo ya viungo kutoka kwa wazalishaji hadi kwa watumiaji inapungua kwa kasi (Mchoro 3).

Kwa mfano, kulisha mbwa mwitu mmoja, anahitaji angalau hares kadhaa kwa ajili yake kuwinda; Ili kulisha hares hizi, unahitaji aina kubwa ya mimea. Katika kesi hii, piramidi itaonekana kama pembetatu na msingi mpana unaoelekea juu.

Walakini, aina hii ya piramidi ya nambari sio kawaida kwa mifumo yote ya ikolojia. Wakati mwingine wanaweza kugeuzwa, au kichwa chini. Hii inatumika kwa minyororo ya chakula cha misitu, ambapo miti hutumika kama wazalishaji na wadudu hutumika kama watumiaji wa kimsingi. Katika kesi hiyo, kiwango cha watumiaji wa msingi ni idadi kubwa zaidi kuliko kiwango cha wazalishaji (idadi kubwa ya wadudu hula kwenye mti mmoja), kwa hiyo piramidi za namba ni taarifa ndogo na zisizo na dalili, i.e. idadi ya viumbe vya ngazi ya trophic kwa kiasi kikubwa inategemea ukubwa wao.

Piramidi za biomasi - ni sifa ya jumla ya misa kavu au mvua ya viumbe katika kiwango fulani cha trophic, kwa mfano, katika vitengo vya misa kwa eneo la kitengo - g/m2, kg/ha, t/km2 au kwa kiasi - g/m3 (Mtini. 4)

Kawaida katika biocenoses ya dunia jumla ya wingi wa wazalishaji ni kubwa kuliko kila kiungo kinachofuata. Kwa upande wake, jumla ya wingi wa watumiaji wa amri ya kwanza ni kubwa zaidi kuliko ile ya watumiaji wa pili, nk.

Katika kesi hii (ikiwa viumbe havitofautiani sana kwa ukubwa) piramidi pia itakuwa na muonekano wa pembetatu na msingi mpana unaozunguka juu. Walakini, kuna tofauti kubwa kwa sheria hii. Kwa mfano, katika bahari, majani ya zooplankton ya mimea ni kwa kiasi kikubwa (wakati mwingine mara 2-3) zaidi ya biomass ya phytoplankton, inayowakilishwa zaidi na mwani wa unicellular. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba mwani huliwa haraka sana na zooplankton, lakini zinalindwa kutokana na matumizi kamili na kiwango cha juu sana cha mgawanyiko wa seli.

Kwa ujumla, biogeocenoses ya dunia, ambapo wazalishaji ni wakubwa na wanaishi kwa muda mrefu, wana sifa ya piramidi zilizo imara na msingi mpana. Katika mifumo ikolojia ya majini, ambapo wazalishaji ni wadogo kwa ukubwa na wana mizunguko mifupi ya maisha, piramidi ya biomasi inaweza kupinduliwa au kugeuzwa (na ncha ikielekeza chini). Kwa hiyo, katika maziwa na bahari, wingi wa mimea huzidi wingi wa watumiaji tu wakati wa maua (spring), na wakati wa mwaka mzima hali ya kinyume inaweza kutokea.

Piramidi za nambari na biomasi zinaonyesha statics ya mfumo, ambayo ni, zinaonyesha nambari au biomasi ya viumbe katika kipindi fulani cha wakati. Hazitoi habari kamili kuhusu muundo wa kitropiki wa mfumo ikolojia, ingawa zinaruhusu kutatua shida kadhaa za kiutendaji, haswa zinazohusiana na kudumisha uendelevu wa mifumo ikolojia.

Piramidi ya nambari inaruhusu, kwa mfano, kuhesabu kiasi kinachoruhusiwa cha samaki au risasi ya wanyama wakati wa msimu wa uwindaji bila matokeo kwa uzazi wao wa kawaida.

Piramidi za nishati - inaonyesha kiasi cha mtiririko wa nishati au tija katika viwango vya mfululizo (Mchoro 5).

Tofauti na piramidi za nambari na majani, ambayo yanaonyesha statics ya mfumo (idadi ya viumbe kwa wakati fulani), piramidi ya nishati, inayoonyesha picha ya kasi ya kifungu cha misa ya chakula (kiasi cha nishati) kupitia. kila ngazi ya trophic ya mnyororo wa chakula, inatoa picha kamili zaidi ya shirika la kazi la jamii.

Sura ya piramidi hii haiathiriwa na mabadiliko katika ukubwa na kiwango cha kimetaboliki ya watu binafsi, na ikiwa vyanzo vyote vya nishati vinazingatiwa, piramidi itakuwa na mwonekano wa kawaida na msingi mpana na kilele cha tapering. Wakati wa kujenga piramidi ya nishati, mstatili mara nyingi huongezwa kwenye msingi wake ili kuonyesha utitiri wa nishati ya jua.

Mnamo 1942, mwanaikolojia wa Amerika R. Lindeman alitengeneza sheria ya piramidi ya nishati (sheria ya asilimia 10), kulingana na ambayo, kwa wastani, karibu 10% ya nishati iliyopokelewa katika kiwango cha awali cha piramidi ya kiikolojia hupita kutoka kwa trophic moja. ngazi kupitia minyororo ya chakula hadi ngazi nyingine ya trophic. Nishati iliyobaki inapotea kwa njia ya mionzi ya joto, harakati, nk. Kama matokeo ya michakato ya kimetaboliki, viumbe hupoteza karibu 90% ya nishati yote katika kila kiungo cha mnyororo wa chakula, ambayo hutumiwa kudumisha kazi zao muhimu.

Ikiwa hare ilikula kilo 10 za mimea, basi uzito wake unaweza kuongezeka kwa kilo 1. Mbweha au mbwa mwitu, kula kilo 1 ya nyama ya hare, huongeza uzito wake kwa g 100 tu. Katika mimea ya miti, sehemu hii ni ya chini sana kutokana na ukweli kwamba kuni haipatikani vizuri na viumbe. Kwa nyasi na mwani, thamani hii ni kubwa zaidi, kwani hawana tishu ngumu za kuchimba. Walakini, muundo wa jumla wa mchakato wa uhamishaji wa nishati unabaki: nishati kidogo hupita kupitia viwango vya juu vya trophic kuliko zile za chini.

Wacha tuchunguze mabadiliko ya nishati katika mfumo wa ikolojia kwa kutumia mfano wa mnyororo rahisi wa malisho, ambayo kuna viwango vitatu tu vya trophic.

kiwango - mimea ya mimea,

ngazi - mamalia wa mimea, kwa mfano, hares

ngazi - wanyama wanaokula wanyama, kwa mfano, mbweha

Virutubisho huundwa wakati wa mchakato wa photosynthesis na mimea, ambayo huunda vitu vya kikaboni na oksijeni, pamoja na ATP, kutoka kwa vitu vya isokaboni (maji, dioksidi kaboni, chumvi za madini, nk) kwa kutumia nishati ya jua. Sehemu ya nishati ya sumakuumeme ya mionzi ya jua inabadilishwa kuwa nishati ya vifungo vya kemikali vya dutu za kikaboni zilizounganishwa.

Vitu vyote vya kikaboni vilivyoundwa wakati wa usanisinuru huitwa uzalishaji wa jumla wa kimsingi (GPP). Sehemu ya nishati ya jumla ya uzalishaji wa msingi hutumiwa kupumua, na kusababisha kuundwa kwa uzalishaji wa msingi wa jumla (NPP), ambayo ni dutu yenyewe inayoingia ngazi ya pili ya trophic na hutumiwa na hares.

Hebu runway iwe vitengo 200 vya kawaida vya nishati, na gharama za mimea kwa kupumua (R) - 50%, i.e. Vitengo 100 vya kawaida vya nishati. Kisha uzalishaji wa msingi wa wavu utakuwa sawa na: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), i.e. Katika ngazi ya pili ya trophic, hares itapokea vitengo 100 vya kawaida vya nishati.

Walakini, kwa sababu tofauti, hares wanaweza kutumia sehemu fulani tu ya NPP (vinginevyo rasilimali za ukuzaji wa vitu vilivyo hai zingetoweka), wakati sehemu kubwa yake iko katika mfumo wa mabaki ya kikaboni yaliyokufa (sehemu za chini ya ardhi za mimea. , mbao ngumu za mashina, matawi, n.k..) hazina uwezo wa kuliwa na hares. Inaingia kwenye minyororo ya chakula na / au inaharibiwa na watenganishaji (F). Sehemu nyingine inakwenda kwenye ujenzi wa seli mpya (ukubwa wa idadi ya watu, ukuaji wa hares - P) na kuhakikisha kimetaboliki ya nishati au kupumua (R).

Katika kesi hii, kwa mujibu wa mbinu ya usawa, usawa wa usawa wa matumizi ya nishati (C) utaonekana kama hii: C = P + R + F, i.e. Nishati iliyopokelewa katika ngazi ya pili ya trophic itatumika, kulingana na sheria ya Lindemann, juu ya ukuaji wa idadi ya watu - P - 10%, 90% iliyobaki itatumika kwa kupumua na kuondolewa kwa chakula kisichoingizwa.

Kwa hiyo, katika mazingira, na ongezeko la kiwango cha trophic, kuna kupungua kwa kasi kwa nishati iliyokusanywa katika miili ya viumbe hai. Kuanzia hapa ni wazi kwa nini kila ngazi inayofuata itakuwa chini ya ile iliyopita na kwa nini minyororo ya chakula kawaida haiwezi kuwa na viungo zaidi ya 3-5 (mara chache 6), na piramidi za kiikolojia haziwezi kuwa na idadi kubwa ya sakafu: hadi mwisho. kiungo cha mlolongo wa chakula ni sawa na kwa sakafu ya juu ya piramidi ya ikolojia itapata nishati kidogo sana ambayo haitoshi ikiwa idadi ya viumbe itaongezeka.

Mlolongo huo na utii wa vikundi vya viumbe vilivyounganishwa kwa namna ya viwango vya trophic inawakilisha mtiririko wa suala na nishati katika biogeocenosis, msingi wa shirika lake la kazi.

Mara nyingi, kusoma piramidi za kiikolojia husababisha shida kubwa kwa wanafunzi. Kwa kweli, hata piramidi za zamani na rahisi za ikolojia huanza kusomwa na watoto wa shule ya mapema na watoto wa shule katika shule ya msingi. Ikolojia kama sayansi imeanza kupokea umakini mkubwa katika miaka ya hivi karibuni, kwani sayansi hii ina jukumu kubwa katika ulimwengu wa kisasa. Piramidi ya ikolojia ni sehemu ya ikolojia kama sayansi. Ili kuelewa ni nini hii, unahitaji kusoma makala hii.

Piramidi ya kiikolojia ni nini?

Piramidi ya ikolojia ni muundo wa picha ambao mara nyingi huonyeshwa kwa umbo la pembetatu. Mifano kama hizo zinaonyesha muundo wa kitropiki wa biocenosis. Hii ina maana kwamba piramidi za ikolojia zinaonyesha idadi ya watu binafsi, majani yao, au kiasi cha nishati iliyo ndani yao. Kila mmoja wao anaweza kuonyesha kiashiria chochote. Ipasavyo, hii ina maana kwamba piramidi za kiikolojia zinaweza kuwa za aina kadhaa: piramidi inayoonyesha idadi ya watu binafsi, piramidi inayoonyesha kiasi cha biomass ya watu wanaowakilishwa, na pia piramidi ya mwisho ya ikolojia, ambayo inaonyesha wazi kiasi cha nishati iliyomo. katika watu hawa.

Piramidi za nambari ni nini?

Piramidi ya nambari (au nambari) inaonyesha idadi ya viumbe katika kila ngazi ya trophic. Mfano kama huo wa kiikolojia unaweza kutumika katika sayansi, lakini ni nadra sana. Viungo katika piramidi ya ikolojia ya nambari vinaweza kuonyeshwa karibu kwa muda usiojulikana, ambayo ni, muundo wa biocenosis katika piramidi moja ni ngumu sana kuonyesha. Kwa kuongeza, katika kila ngazi ya trophic kuna watu wengi, ambayo inafanya kuwa vigumu wakati mwingine kuonyesha muundo mzima wa biocenosis kwa kiwango kimoja kamili.

Mfano wa kujenga piramidi ya nambari

Ili kuelewa piramidi ya nambari na ujenzi wake, ni muhimu kujua ni watu gani na ni mwingiliano gani kati yao unaojumuishwa katika piramidi hii ya kiikolojia. Hebu tuangalie mifano kwa undani sasa.

Hebu msingi wa takwimu uwe tani 1000 za nyasi. Nyasi hii, tuseme, katika mwaka 1, itaweza kulisha panzi wapatao milioni 26 au wadudu wengine chini ya hali ya asili ya kuishi. Katika kesi hii, panzi watakuwa juu ya mimea na kuunda kiwango cha pili cha trophic. Ngazi ya tatu ya trophic itakuwa vyura elfu 90, ambayo itakula wadudu walio chini kwa mwaka. Takriban trout 300 wataweza kula vyura hawa kwa mwaka, ambayo inamaanisha kuwa watakuwa kwenye kiwango cha nne cha trophic kwenye piramidi. Mtu mzima atakuwa tayari iko juu ya piramidi ya ikolojia; atakuwa kiungo cha tano na cha mwisho katika mnyororo huu, ambayo ni, kiwango cha mwisho cha kitropiki. Hii itatokea kwa sababu mtu ataweza kula trout 300 kwa mwaka. Kwa upande wake, mtu ndiye kiwango cha juu zaidi ulimwenguni, na kwa hivyo hakuna mtu anayeweza kumla. Kama inavyoonekana katika mfano, viungo kukosa katika piramidi ya ikolojia ya idadi haiwezekani.

Inaweza kuwa na aina mbalimbali za miundo kulingana na mfumo wa ikolojia. Kwa mfano, piramidi hii ya mifumo ikolojia ya nchi kavu inaweza kuonekana karibu sawa na piramidi ya nishati. Hii ina maana kwamba piramidi ya majani itajengwa kwa njia ambayo kiasi cha majani kitapungua kwa kila ngazi ya trophic inayofuata.

Kwa ujumla, piramidi za biomasi husomwa hasa na wanafunzi, kwa sababu kuzielewa kunahitaji ujuzi fulani katika nyanja za biolojia, ikolojia na zoolojia. Piramidi hii ya kiikolojia ni mchoro wa kielelezo unaowakilisha uhusiano kati ya wazalishaji (yaani, wazalishaji wa vitu vya kikaboni kutoka kwa zile zisizo hai) na watumiaji (watumiaji wa vitu hivi vya kikaboni).

na protsudenti?

Ili kuelewa kweli kanuni ya kujenga piramidi ya majani, ni muhimu kuelewa ni nani watumiaji na wazalishaji.

Wazalishaji ni wazalishaji wa vitu vya kikaboni kutoka kwa isokaboni. Hizi ni mimea. Kwa mfano, majani ya mmea hutumia kaboni dioksidi (inorganic matter) na kuzalisha viumbe hai kupitia usanisinuru.

Wateja ni watumiaji wa vitu hivi vya kikaboni. Katika mfumo ikolojia wa nchi kavu hawa ni wanyama na watu, na katika mazingira ya majini ni wanyama na samaki mbalimbali wa baharini.

Piramidi zilizogeuzwa za biomass

Piramidi iliyogeuzwa ya biomasi ina ujenzi wa pembetatu iliyopinduliwa chini, ambayo ni, msingi wake ni mwembamba kuliko juu. Piramidi kama hiyo inaitwa inverted au inverted. Piramidi ya kiikolojia ina muundo huu ikiwa biomass ya wazalishaji (wazalishaji wa vitu vya kikaboni) ni chini ya biomass ya watumiaji (watumiaji wa vitu vya kikaboni).

Kama tunavyojua, piramidi ya ikolojia ni mfano wa picha wa mfumo fulani wa ikolojia. Mojawapo ya mifano muhimu ya kiikolojia ni ujenzi wa kielelezo wa mtiririko wa nishati. Piramidi inayoakisi kasi na wakati wa kupita chakula inaitwa piramidi ya nishati. Iliundwa shukrani kwa mwanasayansi maarufu wa Marekani, ambaye alikuwa mwanaikolojia na mtaalam wa zoolojia, Raymond Lindeman. Raymond alitunga sheria (kanuni ya piramidi ya ikolojia), ambayo ilisema kwamba wakati wa mpito kutoka ngazi ya chini ya trophic hadi ijayo, karibu 10% (zaidi au chini) ya nishati iliyoingia katika kiwango cha awali katika piramidi ya ikolojia inapita. minyororo ya chakula. Na sehemu iliyobaki ya nishati, kama sheria, hutumiwa kwenye mchakato wa maisha, kwa mfano wa mchakato huu. Na kama matokeo ya mchakato wa kubadilishana yenyewe katika kila kiungo, viumbe hupoteza karibu 90% ya nishati yao.

Mfano wa piramidi ya nishati

Kwa kweli, muundo ni kwamba nishati kidogo sana (mara kadhaa) hupita kupitia viwango vya juu vya trophic kuliko kupitia zile za chini. Ni kwa sababu hii kwamba kuna wanyama wakubwa wachache zaidi kuliko, kwa mfano, vyura au wadudu.

Wacha tuchunguze, kwa mfano, mnyama anayewinda kama dubu. Inaweza kuwa juu, yaani, katika ngazi ya mwisho ya trophic, kwa sababu ni vigumu kupata mnyama ambaye angekula juu yake. Ikiwa kungekuwa na idadi kubwa ya wanyama wanaokula dubu kama chakula, wangekuwa tayari wamekufa, kwa sababu hawangeweza kujilisha wenyewe, kwa kuwa dubu ni wachache kwa idadi. Hivi ndivyo piramidi ya nishati inathibitisha.

Piramidi ya usawa wa asili

Watoto wa shule huanza kuisoma katika darasa la 1 au 2, kwa sababu ni rahisi kuelewa, lakini wakati huo huo ni muhimu sana kama sehemu ya sayansi ya ikolojia. Piramidi ya usawa wa asili hufanya kazi katika mazingira tofauti, katika asili ya ardhi na chini ya maji. Mara nyingi hutumiwa kuwajulisha watoto wa shule umuhimu wa kila kiumbe duniani. Ili kuelewa piramidi ya usawa wa asili, ni muhimu kuzingatia mifano.

Mifano ya kujenga piramidi ya mizani ya asili

Piramidi ya usawa wa asili inaweza kuonyeshwa wazi kwa kuingiliana kwa mto na msitu. Kwa mfano, mchoro wa kielelezo unaweza kuonyesha mwingiliano wafuatayo wa maliasili: kwenye ukingo wa mto kulikuwa na msitu ambao ulikwenda mbali sana. Mto huo ulikuwa wa kina kirefu, na maua, uyoga, na vichaka vilikua kwenye kingo zake. Kulikuwa na samaki wengi katika maji yake. Katika mfano huu, kuna usawa wa kiikolojia. Mto hutoa unyevu wake kwa miti, lakini miti huunda kivuli na hairuhusu maji kutoka kwa mto kuyeyuka. Hebu fikiria mfano kinyume cha usawa wa asili. Ikiwa kitu kinatokea kwa msitu, miti huwaka au kukatwa, mto unaweza kukauka bila kupokea ulinzi. Huu ni mfano wa uharibifu

Vile vile vinaweza kutokea kwa wanyama na mimea. Fikiria bundi, na acorns. Acorns ni msingi wa usawa wa asili katika piramidi ya kiikolojia, kwa sababu hawana chakula chochote, lakini wakati huo huo hulisha panya. Sehemu ya pili katika ngazi inayofuata ya trophic itakuwa panya za mbao. Wanakula kwenye acorns. Kutakuwa na bundi juu ya piramidi kwa sababu wanakula panya. Ikiwa acorns zinazokua kwenye mti hupotea, basi panya hazitakuwa na chochote cha kula na kuna uwezekano mkubwa wa kufa. Lakini basi bundi hawatakuwa na mtu wa kula, na aina yao yote itakufa. Hii ni piramidi ya usawa wa asili.

Shukrani kwa piramidi hizi, wanaikolojia wanaweza kufuatilia hali ya asili na ulimwengu wa wanyama na kufikia hitimisho sahihi.

Inaweza kuonyeshwa kwa picha katika mfumo wa kinachojulikana kama piramidi za kiikolojia. Msingi wa piramidi ni kiwango cha wazalishaji, na viwango vya baadae vya lishe vinaunda sakafu na juu ya piramidi. Kuna aina tatu kuu za piramidi za kiikolojia:

1. Piramidi ya nambari inayoonyesha idadi ya viumbe katika kila ngazi;
2. Piramidi ya biomasi inayoonyesha wingi wa vitu hai - jumla ya uzito kavu, maudhui ya kalori, nk;
3. Piramidi ya uzalishaji (nishati) ya asili ya ulimwengu wote, inayoonyesha mabadiliko katika uzalishaji wa msingi (au nishati) katika viwango vya trophic mfululizo.

Mara kwa mara piramidi za nambari kwa minyororo ya malisho wana msingi mpana sana na nyembamba kali kuelekea watumiaji wa mwisho. Katika kesi hii, nambari za "hatua" hutofautiana na angalau maagizo 1-3 ya ukubwa. Lakini hii ni kweli tu kwa jamii za mimea - meadow au steppe biocenoses.

Picha inabadilika sana ikiwa tutazingatia jamii ya msitu (maelfu ya phytophages wanaweza kula kwenye mti mmoja) au ikiwa phytophages tofauti kama vile aphid na tembo huonekana kwa kiwango sawa cha trophic. Upotoshaji huu unaweza kushinda piramidi za majani.

Katika mfumo wa ikolojia wa nchi kavu, majani ya mimea daima ni makubwa zaidi kuliko biomasi ya wanyama, na biomass ya phytophages daima ni kubwa kuliko biomass ya zoophages.

Piramidi za biomasi kwa viumbe vya majini, haswa mifumo ikolojia ya baharini huonekana tofauti: biomasi ya wanyama kawaida ni kubwa zaidi kuliko mimea ya mimea. "Ukosefu" huu ni kutokana na ukweli kwamba piramidi za majani hazizingatii muda wa kuwepo kwa vizazi vya watu binafsi katika viwango tofauti vya trophic, kiwango cha malezi na matumizi ya biomass. Mzalishaji mkuu wa mazingira ya baharini ni phytoplankton, ambayo ina uwezo mkubwa wa uzazi na mabadiliko ya haraka ya vizazi. Wakati hadi samaki wawindaji (na hata zaidi walruses na nyangumi) kukusanya majani yao, vizazi vingi vya phytoplankton vitabadilika, jumla ya biomass ambayo ni kubwa zaidi. Ndio maana njia ya ulimwengu ya kuelezea muundo wa kitropiki wa mazingira ni piramidi ya viwango vya malezi ya vitu hai, kwa maneno mengine, piramidi ya nishati.

Tafakari kamili zaidi ya ushawishi wa uhusiano wa kitropiki kwenye mfumo wa ikolojia ndio kanuni piramidi za bidhaa (nishati): Katika kila kiwango cha trofiki kilichopita, kiasi cha biomasi kilichoundwa kwa kila kitengo cha wakati (au nishati) ni kikubwa kuliko kinachofuata. Piramidi ya uzalishaji inaonyesha sheria za matumizi ya nishati katika minyororo ya trophic.

Hatimaye, sheria zote tatu za piramidi zinaonyesha uhusiano wa nishati katika mfumo wa ikolojia, na piramidi ya bidhaa (nishati) ni ya ulimwengu kwa asili.

Kwa asili, katika mifumo imara, biomass hubadilika kidogo, i.e. asili inajitahidi kutumia pato lake lote la jumla. Ujuzi wa nishati ya mfumo wa ikolojia na viashiria vyake vya kiasi hufanya iwezekanavyo kuzingatia kwa usahihi uwezekano wa kuondoa kiasi fulani cha mimea na wanyama kutoka kwa mazingira ya asili bila kudhoofisha tija yake.

Mwanadamu hupokea bidhaa nyingi kutoka kwa mifumo asilia, hata hivyo, chanzo kikuu cha chakula kwake ni kilimo. Baada ya kuunda mifumo ya kilimo, mtu anajitahidi kupata bidhaa za mimea safi iwezekanavyo, lakini anahitaji kutumia nusu ya wingi wa mimea kulisha wanyama wa mimea, ndege, nk, sehemu kubwa ya bidhaa huenda kwenye tasnia na inapotea kwa taka. , i.e. na hapa karibu 90% ya uzalishaji wa wavu hupotea na karibu 10% tu hutumiwa moja kwa moja kwa matumizi ya binadamu.