Ekolojik piramitler

Fonksiyonel ilişkiler, yani trofik yapı, sözde formda grafiksel olarak gösterilebilir. ekolojik piramitler. Piramidin tabanı üreticilerin seviyesidir ve sonraki beslenme seviyeleri piramidin tabanlarını ve tepesini oluşturur. Üç ana ekolojik piramit türü vardır: 1) sayılar piramidi her seviyedeki organizma sayısını yansıtan (Elton piramidi); 2) biyokütle piramidi, canlı maddenin kütlesini karakterize eden - toplam kuru ağırlık, kalori içeriği vb.; 3) ürün piramidi(veya enerji), evrensel bir karaktere sahip olup, birincil üretimde (veya enerjide) ardışık trofik düzeylerde değişiklikler gösterir.

Sayı piramidi, Elton tarafından keşfedilen açık bir modeli göstermektedir: Üreticilerden tüketicilere sıralı bir dizi bağlantı oluşturan bireylerin sayısı giderek azalmaktadır (Şekil 5.). Bu model öncelikle büyük bir cismin kütlesini dengelemek için çok sayıda küçük cismin gerekli olduğu gerçeğine dayanmaktadır; ikincisi, düşük trofik seviyelerden yukarıya doğru bir miktar enerji kaybı olur (her seviyeden bir önceki seviyeye enerjinin yalnızca %10'u ulaşır) ve üçüncüsü, metabolizma ile bireylerin büyüklüğü arasında ters bir ilişki vardır (organizma ne kadar küçükse, Metabolizma ne kadar yoğun olursa, sayıları ve biyokütleleri de o kadar yüksek olur).

Pirinç. 5. Elton piramidinin basitleştirilmiş diyagramı

Bununla birlikte, farklı ekosistemlerde nüfus piramitlerinin şekli büyük ölçüde farklılık gösterecektir, bu nedenle sayıları tablo biçiminde, biyokütleyi ise grafik biçiminde sunmak daha iyidir. Belirli bir trofik seviyedeki tüm canlı maddenin miktarını, örneğin birim alan başına kütle birimi - g/m2 veya hacim - g/m3 vb. cinsinden açıkça gösterir.

Karasal ekosistemlerde aşağıdaki kural geçerlidir: biyokütle piramitleri: Bitkilerin toplam kütlesi tüm otçulların kütlesini aşıyor ve kütleleri yırtıcı hayvanların tüm biyokütlesini aşıyor. Bu kurala uyulur ve tüm zincirin biyokütlesi, net üretim değerindeki değişikliklerle değişir; yıllık artışının ekosistemin biyokütlesine oranı küçüktür ve farklı coğrafi bölgelerdeki ormanlarda 2'den 6'ya kadar değişir. %. Ve sadece çayır bitki topluluklarında% 40-55'e ve bazı durumlarda yarı çöllerde -% 70-75'e ulaşabilir. Şek. Şekil 6, bazı biyosinozların biyokütle piramitlerini göstermektedir. Şekilden görülebileceği gibi, okyanus için biyokütle piramidinin yukarıdaki kuralı geçersizdir - ters (tersine) bir görünüme sahiptir.

Pirinç. 6. Bazı biyosinozların biyokütle piramitleri: P - üreticiler; RK - otçul tüketiciler; PC - etobur tüketiciler; F - fitoplankton; Z - zooplankton

Okyanus ekosistemi, biyokütlenin yırtıcı hayvanlar arasında yüksek seviyelerde birikme eğilimi ile karakterize edilir. Yırtıcı hayvanlar uzun yaşar ve nesillerinin devir hızı düşüktür, ancak üreticiler (fitoplanktonik algler) arasında devir hızı biyokütle rezervinden yüzlerce kat daha yüksek olabilir. Bu, buradaki net üretimin tüketiciler tarafından emilen üretimi de aştığı anlamına gelir, yani üreticiler düzeyinden tüm tüketicilerden daha fazla enerji geçer.

Dolayısıyla, trofik ilişkilerin ekosistem üzerindeki etkisinin daha da mükemmel bir şekilde yansıtılması gerektiği açıktır. ürün (veya enerji) piramidinin kuralı olsun:Önceki her trofik seviyede, birim zaman (veya enerji) başına yaratılan biyokütle miktarı bir sonraki seviyeden daha fazladır.

Trofik veya besin zincirleri piramit şeklinde temsil edilebilir. Böyle bir piramidin her adımının sayısal değeri, bireylerin sayısı, biyokütleleri veya içinde biriken enerji ile ifade edilebilir.

Buna göre R. Lindemann'ın enerji piramidi yasası ve yüzde on kuralı, her aşamadan enerjinin veya enerji cinsinden maddenin yaklaşık %10'u (%7'den %17'ye) bir sonraki aşamaya geçer (Şekil 7). Sonraki her seviyede, enerji miktarı azaldıkça kalitesinin arttığını unutmayın; Birim hayvan biyokütlesi başına iş yapma yeteneği, aynı miktardaki bitki biyokütlesinden karşılık gelen sayıda kat daha yüksektir.

Çarpıcı bir örnek, plankton ve balinalarla temsil edilen açık denizdeki besin zinciridir. Planktonun kütlesi okyanus suyunda dağılmıştır ve açık denizin biyoüretkenliği 0,5 g/m2 gün -1'den az olduğundan, bir metreküp okyanus suyundaki potansiyel enerji miktarı bir balinanın enerjisine kıyasla son derece küçüktür. kütlesi birkaç yüz tona ulaşabilen. Balina yağı bildiğiniz gibi aydınlatma amaçlı bile kullanılan yüksek kalorili bir üründür.

Son şekle uygun olarak formüle edilmiştir yüzde bir kuralı: Biyosferin bir bütün olarak istikrarı için, net birincil üretimin olası nihai tüketiminin enerji açısından payı %1'i geçmemelidir.

Şekil 7. Besin zinciri boyunca enerji aktarımı piramidi (Yu. Odum'a göre)

Organik maddenin yok edilmesinde de buna karşılık gelen bir sıra gözlenir: Saf birincil üretimin enerjisinin yaklaşık %90'ı mikroorganizmalar ve mantarlar tarafından, %10'dan azı omurgasız hayvanlar tarafından ve %1'den azı omurgalı hayvanlar tarafından salınır; bunlar sonuncudur. Tüketiciler.

Sonuçta piramitlerin üç kuralı da ekosistemdeki enerji ilişkilerini yansıtır ve ürünler (enerji) piramidi evrensel bir karaktere sahiptir.

Doğada, kararlı sistemlerde biyokütle biraz değişir, yani doğa brüt üretimin tamamını kullanma eğilimindedir. Bir ekosistemin enerjisi ve niceliksel göstergeleri hakkında bilgi sahibi olmak, belirli miktarda bitki ve hayvan biyokütlesinin doğal ekosistemden üretkenliğini bozmadan çıkarma olasılığını doğru bir şekilde hesaba katmayı mümkün kılar.

İnsan doğal sistemlerden oldukça fazla ürün alır, ancak onun için ana besin kaynağı tarımdır. Tarımsal ekosistemler yaratan kişi, mümkün olduğu kadar çok saf bitki örtüsü ürünü elde etmeye çalışır, ancak bitki kütlesinin yarısını otçulları, kuşları vb. beslemek için harcaması gerekir, ürünlerin önemli bir kısmı sanayiye gider ve atık olarak kaybolur. yani burada da kayboluyor, yaklaşık %90'ı saf üretimdir ve yalnızca yaklaşık %10'u doğrudan insan tüketimi için kullanılır.

Doğal ekosistemlerde enerji akışlarının yoğunluğu ve niteliği de değişir ancak bu süreç, bir bütün olarak ekosistemin dinamiklerinde ortaya çıkan çevresel faktörlerin etkisiyle düzenlenir.

Ekosistemin işleyişinin temeli olarak besin zincirine güvenerek, besin zinciri boyunca hareket ettikçe etkilenmeyen bazı maddelerin (örneğin sentetik zehirler) dokularda birikmesi durumlarını açıklamak da mümkündür. organizmaların normal metabolizmasına katılır. Buna göre biyolojik iyileştirme kuralları Ekolojik piramidin daha yüksek bir seviyesine çıkıldığında kirletici konsantrasyonunda yaklaşık on kat artış olur. Özellikle, trofik zincirin ilk seviyesinde nehir suyunda görünüşte önemsiz derecede artan radyonüklid içeriği, mikroorganizmalar ve plankton tarafından asimile edilir, daha sonra balık dokularında yoğunlaşır ve martılarda maksimum değerlere ulaşır. Yumurtaları, arka plan kirliliğinden 5000 kat daha yüksek düzeyde radyonüklid seviyesine sahiptir.

Ekosistem türleri:

Ekosistemlerin çeşitli sınıflandırmaları vardır. İlk olarak ekosistemler bölünüyor menşe doğası gereği ve doğal (bataklık, çayır) ve yapay (ekilebilir arazi, bahçe, uzay gemisi) olarak ikiye ayrılır.

Boyuta göre Ekosistemler ikiye ayrılır:

1. mikroekosistemler (örneğin, düşmüş bir ağacın gövdesi veya ormandaki bir açıklık)

2. mezoekosistemler (orman veya bozkır ormanı)

3. makroekosistemler (tayga, deniz)

4. küresel düzeyde ekosistemler (Dünya gezegeni)

Enerji, ekosistemleri sınıflandırmanın en uygun temelidir. Temel olarak dört temel ekosistem türü vardır. enerji kaynağı türü:

1. Güneş tarafından yönlendirilen, yetersiz sübvansiyonlu
2. Güneş tarafından yönlendirilen, diğer doğal kaynaklar tarafından desteklenen
3. Güneş tarafından yönlendirilen ve insan tarafından desteklenen
4. yakıtla tahrik edilir.

Çoğu durumda iki enerji kaynağı kullanılabilir: Güneş ve yakıt.

Güneş tarafından yönlendirilen doğal ekosistemler, çok az sübvansiyonla- bunlar açık okyanuslar, yüksek dağ ormanları. Hepsi enerjiyi neredeyse yalnızca tek bir kaynaktan, Güneş'ten alıyor ve üretkenliği düşük. Yıllık enerji tüketiminin yaklaşık 10 3 -10 4 kcal-m 2 olduğu tahmin edilmektedir. Bu ekosistemlerde yaşayan organizmalar, kıt olan enerji ve diğer kaynaklara uyum sağlayarak bunları verimli bir şekilde kullanırlar. Bu ekosistemler geniş alanları kapladıkları için biyosfer açısından oldukça önemlidir. Okyanus dünya yüzeyinin yaklaşık %70'ini kaplar. Aslında bunlar, "uzay gemisi" - Dünya'daki koşulları stabilize eden ve koruyan ana yaşam destek sistemleri, mekanizmalardır. Burada her gün büyük miktarda hava arıtılıyor, su dolaşıma geri dönüyor, iklim koşulları oluşuyor, sıcaklık korunuyor ve diğer yaşamı sürdüren işlevler gerçekleştiriliyor. Ayrıca bazı gıda maddeleri ve diğer malzemeler de burada hiçbir insan katkısı olmadan üretiliyor. Bu ekosistemlerin dikkate alınamayan estetik değerlerinden de bahsetmek gerekir.

Güneş tarafından yönlendirilen ve diğer doğal kaynaklar tarafından desteklenen doğal ekosistemler, doğal olarak verimli olan ve birikebilecek fazla organik madde üreten ekosistemlerdir. Gelgitlerden, sörften, akıntılardan, yağmur ve rüzgarla havzadan gelen organik ve mineral maddelerden enerji şeklinde doğal enerji sübvansiyonları alırlar. Enerji tüketimleri 1 * 10 4 ile 4 * 10 4 kcal * m arasında değişmektedir. - 2 *yıl -1 . Neva Körfezi gibi bir halicin kıyı kısmı, aynı miktarda güneş enerjisi alan bitişik kara alanlarına göre daha verimli olan ekosistemlere iyi bir örnektir. Yağmur ormanlarında da aşırı doğurganlık görülebilmektedir.

Güneş tarafından yönlendirilen ve insanlar tarafından desteklenen ekosistemler, yalnızca Güneş'ten değil aynı zamanda enerji sübvansiyonları şeklinde insanlardan da enerji alan karasal ve suda yaşayan tarımsal ekosistemlerdir. Yüksek üretkenlikleri, yetiştirme, sulama, gübreleme, seçme, işleme, taşıma vb. için harcanan kas enerjisi ve yakıt enerjisiyle desteklenir. Ekmek, mısır ve patates “kısmen yağdan yapılmıştır.” En verimli tarım, ikinci türden en verimli doğal ekosistemlerle yaklaşık olarak aynı miktarda enerji alır. Üretimleri yaklaşık 50.000 kcal*m -2 yıl -1'e ulaşır. Aralarındaki fark, insanın mümkün olduğu kadar enerjiyi sınırlı bir gıda türünün üretimine yönlendirmesi, doğanın ise bu enerjiyi birçok türe dağıtıp “yağmurlu bir gün” için enerjiyi sanki farklı ceplere koyarcasına biriktirmesidir. Bu stratejiye “hayatta kalmak için çeşitlilik stratejisi” denir.

Yakıtla yönlendirilen endüstriyel-kentsel ekosistemler, insanlığın en büyük başarısıdır. Endüstriyel şehirlerde yüksek konsantrasyonlu yakıt enerjisi güneş enerjisini tamamlamaz, onun yerine geçer. Güneş'in yönlendirdiği sistemlerin ürünü olan yiyecekler şehre dışarıdan getiriliyor. Bu ekosistemlerin bir özelliği, yoğun nüfuslu kentsel alanların muazzam enerji talebidir; bu, ilk üç ekosistem türünden iki ila üç kat daha fazladır. Sübvansiyonsuz ekosistemlerde enerji akışı 10 3 ila 10 4 kcal*m -2 yıl -1 arasında değişiyorsa ve ikinci ve üçüncü tür sübvansiyonlu sistemlerde - 10 4 ila 4*10 4 kcal*m -2 yıl -1 arasında değişiyorsa , daha sonra Büyük sanayi şehirlerinde enerji tüketimi 1 m 2 başına birkaç milyon kilokaloriye ulaşır: New York -4,8 * 10 6, Tokyo - 3 * 10 6, Moskova - 10 6 kcal * m -2 yıl -1.

Şehirde insanın enerji tüketimi ortalama 80 milyon kcal*yıl'ın üzerindedir -1; beslenme için yalnızca yaklaşık 1 milyon kcal*yıl -1'e ihtiyacı vardır, bu nedenle diğer tüm faaliyet türleri (ev, ulaşım, sanayi vb.) için kişi vücudun fizyolojik işleyişi için gerekenden 80 kat daha fazla enerji harcar. . Tabii gelişmekte olan ülkelerde durum biraz farklı.

Ekolojik piramitler oluşturmanın üç yolu vardır:

1. Nüfus piramidi, ekosistemin farklı trofik seviyelerindeki bireylerin sayısal oranını yansıtır. Aynı veya farklı trofik seviyelerdeki organizmaların boyutları büyük ölçüde farklılık gösteriyorsa, nüfus piramidi, trofik seviyeler arasındaki gerçek ilişkiler hakkında çarpık bir fikir verir. Örneğin, bir plankton topluluğunda üretici sayısı tüketici sayısından onlarca, yüzlerce kat daha fazladır ve bir ormanda yüzbinlerce tüketici tek bir ağacın, yani üreticinin organlarıyla beslenebilir.

2. Biyokütle piramidi, her trofik seviyedeki canlı madde veya biyokütle miktarını gösterir.Çoğu karasal ekosistemde, üreticilerin biyokütlesi, yani bitkilerin toplam kütlesi en büyüktür ve sonraki her trofik seviyedeki organizmaların biyokütlesi bir öncekinden daha azdır. Ancak bazı topluluklarda birinci dereceden tüketicilerin biyokütlesi, üreticilerin biyokütlesinden daha fazladır. Örneğin, ana üreticilerin yüksek üreme oranına sahip tek hücreli algler olduğu okyanuslarda, bunların yıllık üretimleri biyokütle rezervinden onlarca, hatta yüzlerce kat daha fazla olabiliyor. Aynı zamanda, alglerin oluşturduğu tüm ürünler besin zincirine o kadar hızlı dahil oluyor ki, alg biyokütlesinin birikimi azdır, ancak yüksek üreme oranları nedeniyle küçük bir alg kaynağı, alglerin yeniden yapılanma oranını korumak için yeterlidir. organik madde. Bu bağlamda, okyanustaki biyokütle piramidi ters bir ilişkiye sahiptir, yani "tersine çevrilmiştir". Daha yüksek trofik seviyelerde, yırtıcı hayvanların yaşam süresinin uzun olması, nesillerinin devir hızının küçük olması ve besin zincirine giren maddenin önemli bir kısmının vücutlarında tutulması nedeniyle biyokütle biriktirme eğilimi hakimdir. vücut.

3. Enerji piramidi güç devresindeki enerji akış miktarını yansıtır. Bu piramidin şekli bireylerin büyüklüğünden etkilenmez ve termodinamiğin ikinci yasasının gerektirdiği gibi daima altta geniş bir tabana sahip üçgen şeklinde olacaktır. Bu nedenle enerji piramidi, ekosistemdeki tüm metabolik süreçlerin, topluluğun işlevsel organizasyonunun en eksiksiz ve doğru resmini verir. Sayı ve biyokütle piramitleri ekosistemin statiğini (belirli bir andaki organizmaların sayısı ve biyokütlesi) yansıtıyorsa, o zaman enerji piramidi, besin kütlesinin besin zincirlerinden geçişinin dinamiklerini yansıtır. Dolayısıyla sayı ve biyokütle piramitlerindeki taban, sonraki trofik seviyelerden daha büyük veya daha az olabilir (farklı ekosistemlerdeki üretici ve tüketici oranına bağlı olarak). Enerji piramidi her zaman yukarı doğru daralır. Bunun nedeni solunum için harcanan enerjinin bir sonraki trofik seviyeye aktarılmayarak ekosistemi terk etmesidir. Bu nedenle, sonraki her seviye her zaman bir öncekinden daha az olacaktır. Karasal ekosistemlerde, mevcut enerji miktarındaki bir azalmaya genellikle her trofik seviyedeki bireylerin bolluğu ve biyokütlesinde bir azalma eşlik eder. Yeni dokuların inşası ve organizmaların nefes alması için gereken bu kadar büyük enerji kayıpları nedeniyle besin zincirleri uzun olamaz; genellikle 3-5 birimden (trofik seviyeler) oluşurlar.

Ekosistem üretkenliği yasalarının bilgisi ve enerji akışını niceliksel olarak hesaba katma yeteneği, doğal ve yapay toplulukların (agroienozlar) üretimi insanlığın gıda tedarikinin ana kaynağı olduğundan, büyük pratik öneme sahiptir. Enerji akışının ve ekosistemlerin üretkenlik ölçeğinin doğru hesaplanması, içlerindeki madde döngüsünün, insanlar için gerekli olan en yüksek ürün verimini sağlayacak şekilde düzenlenmesini mümkün kılar.

Veraset ve türleri.

Bitki ve hayvan türlerinden oluşan toplulukların zamanla yerini genellikle daha karmaşık olan diğer topluluklara bırakma sürecine ne ad verilir? ekolojik süksesyon, veya basitçe ardıllık.

Ekolojik devamlılık genellikle topluluk istikrarlı ve kendi kendini idame ettirene kadar devam eder. Ekolojistler iki tür ekolojik ardıllığı birbirinden ayırır: birincil ve ikincil.

Birincil veraset-toprak bulunmayan bölgelerdeki toplulukların tutarlı gelişimidir.

Aşama 1 – yaşamdan yoksun bir yerin ortaya çıkışı;

Aşama 2 – ilk bitki ve hayvan organizmalarının bu yere yerleşmesi;

Aşama 3 – organizmaların oluşumu;

Aşama 4 – türlerin rekabeti ve yer değiştirmesi;

Aşama 5 – habitatın organizmalar tarafından dönüştürülmesi, koşulların ve ilişkilerin kademeli olarak stabilizasyonu.

Birincil ardıllığın iyi bilinen bir örneği, volkanik bir patlamadan sonra katılaşmış lavların yerleşimi veya tüm toprak profilini yok eden bir çığın ardından bir eğim, toprağın üst katmanının kaldırıldığı açık ocak madenciliği alanları vb. Bu tür çorak alanlarda çıplak kayalardan olgun ormanlara geçiş yüzlerce hatta binlerce yıl sürebilir.

İkincil veraset- Doğal bitki örtüsünün ortadan kaldırıldığı veya ciddi şekilde bozulduğu ancak toprağın tahrip edilmediği bir alandaki toplulukların tutarlı gelişimi. İkincil ardıllık, tahrip olmuş bir biyosinozun (yangın sonrası orman) yerinde başlar. Veraset hızlı bir şekilde gerçekleşir, çünkü Tohumlar ve besin bağlantılarının parçaları toprakta korunur ve bir biyosinoz oluşur. Tarım için kullanılmayan, terkedilmiş arazilerdeki ardışıklığa baktığımızda, eski tarlaların hızla çeşitli yıllık bitkilerle kaplandığını görebiliriz. Ağaç türlerinin tohumları: çam, ladin, huş ağacı ve titrek kavak da bazen rüzgar veya hayvanların yardımıyla uzun mesafeleri aşarak buraya gelebilir. Başlangıçta değişiklikler hızla gerçekleşir. Daha sonra, daha yavaş büyüyen bitkiler ortaya çıktıkça, ardıllık oranı azalır. Huş ağacı fidanları, toprağı gölgeleyen yoğun bir büyüme oluşturur ve huş ağacıyla birlikte ladin tohumları filizlense bile, kendilerini çok elverişsiz koşullarda bulan fideleri, huş ağaçlarının çok gerisinde kalır. Huş ağacına "ormanın öncüsü" denir çünkü neredeyse her zaman bozulmuş topraklara ilk yerleşen odur ve geniş bir uyum yelpazesine sahiptir. 2-3 yaşındaki huş ağaçları 100-120 cm yüksekliğe ulaşabilirken, aynı yaştaki köknar ağaçları ancak 10 cm'ye ulaşabilir. Değişiklikler, söz konusu biyosinozun hayvan bileşenini de etkiler. İlk aşamalarda Mayıs böcekleri ve huş güveleri yerleşir, ardından çok sayıda kuş ortaya çıkar: ispinozlar, ötleğenler ve ötleğenler. Küçük memeliler yerleşir: fareler, benler, kirpi. Değişen aydınlatma koşulları, genç Noel ağaçları üzerinde büyümelerini hızlandıran olumlu bir etki yaratmaya başlar.

Topluluğun (biyosenoz) tamamen oluştuğu ve çevre ile dengede olduğu istikrarlı süksesyon aşamasına denir. menopoz Doruk topluluğu kendi kendini düzenleme yeteneğine sahiptir ve uzun süre denge durumunda kalabilir.

Böylece, önce huş ağacının, ardından karışık ladin-huş ormanının yerini saf bir ladin ormanının aldığı bir ardıllık meydana gelir. Huş ormanının ladin ormanıyla değiştirilmesinin doğal süreci 100 yıldan fazla sürüyor. Bu nedenle veraset sürecine bazen seküler değişim adı verilir.

18. Biyosferdeki canlı maddenin işlevleri. Yaşayan madde - bu, canlı organizmaların toplamıdır (Dünyanın biyokütlesi). Büyüme, üreme, dağıtım, dış çevreyle madde ve enerji alışverişi, enerji birikimi ve besin zincirlerinde iletimi ile karakterize edilen açık bir sistemdir. Canlı madde 5 işlevi yerine getirir:

1. Enerji (güneş enerjisini absorbe etme, onu kimyasal bağların enerjisine dönüştürme ve besin zincirleri yoluyla aktarma yeteneği)

2. Gaz (dengeli solunum ve fotosentezin bir sonucu olarak biyosferin sabit bir gaz bileşimini koruma yeteneği)

3. Konsantrasyon (canlı organizmaların, elementlerin yeniden dağılımı ve mineral oluşumunun meydana gelmesi nedeniyle çevrenin belirli elementlerini vücutlarında biriktirme yeteneği)

4. Redoks (elementlerin oksidasyon durumunu değiştirme ve yaşam çeşitliliğini desteklemek için doğada çeşitli bileşikler oluşturma yeteneği)

5. Yıkıcı (madde döngüsünün meydana gelmesi nedeniyle ölü organik maddeleri ayrıştırma yeteneği)

1. Biyosferdeki canlı maddenin su işlevi, gezegendeki su döngüsünde önemli olan biyojenik su döngüsüyle ilişkilidir.

Listelenen işlevleri yerine getiren canlı madde, çevreye uyum sağlar ve onu biyolojik (ve insanlardan bahsediyorsak sosyal) ihtiyaçlarına uyarlar. Bu durumda canlı madde ve çevresi tek bir bütün olarak gelişir, ancak çevrenin durumu üzerindeki kontrol canlı organizmalar tarafından gerçekleştirilir.

Trofik seviye kavramı

Trofik seviye genel besin zincirinde belirli bir konumu işgal eden organizmaların topluluğudur. Enerjisini aynı sayıda adımla Güneş'ten alan organizmalar aynı trofik seviyeye aittir.

Trofik seviyeler biçiminde ilişkili organizma gruplarının bu sırası ve tabi kılınması, ekosistemin organizasyonunun temeli olan madde ve enerji akışını temsil eder.

Ekosistemin trofik yapısı

Besin zincirlerindeki enerji dönüşümleri dizisinin bir sonucu olarak, ekosistemdeki her canlı organizma topluluğu belirli bir kazanım elde eder. Trofik yapı. Bir topluluğun trofik yapısı, canlı organizmaların birey sayısı veya biyokütlesi veya içlerinde bulunan enerji ile ifade edilen üreticiler, tüketiciler (birinci, ikinci vb. sıralardan ayrı ayrı) ve ayrıştırıcılar arasındaki ilişkiyi yansıtır. birim zaman başına birim alan başına hesaplanır.

Trofik yapı genellikle ekolojik piramitler olarak tasvir edilir. Bu grafik model 1927 yılında Amerikalı zoolog Charles Elton tarafından geliştirildi. Piramidin tabanı ilk trofik seviyedir - üreticilerin seviyesi ve piramidin sonraki katları daha sonraki seviyeler - çeşitli siparişlerdeki tüketiciler - tarafından oluşturulur. Tüm blokların yüksekliği aynıdır ve uzunluk karşılık gelen seviyedeki sayı, biyokütle veya enerji ile orantılıdır. Ekolojik piramitleri inşa etmenin üç yolu vardır.

1. Sayıların piramidi (bolluk) her seviyedeki bireysel organizmaların sayısını yansıtır. Örneğin, bir kurdu beslemek için avlayacağı en az birkaç tavşana ihtiyacı vardır; Bu tavşanları beslemek için oldukça geniş çeşitlilikte bitkilere ihtiyacınız var. Bazen sayı piramitleri tersine çevrilebilir veya baş aşağı olabilir. Bu, ağaçların üretici, böceklerin ise birincil tüketici olarak hizmet verdiği orman besin zincirleri için geçerlidir. Bu durumda birincil tüketici düzeyi, üretici düzeyinden sayısal olarak daha zengindir (bir ağaçta çok sayıda böcek beslenir).

2. Biyokütle piramidi - farklı trofik seviyelerdeki organizma kütlelerinin oranı. Genellikle karasal biyosinozlarda toplam üretici kütlesi sonraki her bağlantıdan daha fazladır. Buna karşılık, birinci dereceden tüketicilerin toplam kütlesi, ikinci dereceden tüketicilerin toplam kütlesinden daha fazladır, vb. Organizmaların boyutları çok fazla farklılık göstermiyorsa, grafik genellikle ucu sivrilen basamaklı bir piramit ile sonuçlanır. Yani 1 kg sığır eti üretmek için 70-90 kg taze ot gerekir.

Su ekosistemlerinde, üreticilerin biyokütlesi tüketicilerin ve bazen de ayrıştırıcıların biyokütlesinden daha az olduğunda, ters veya ters çevrilmiş bir biyokütle piramidi de elde edebilirsiniz. Örneğin, oldukça yüksek fitoplankton verimliliğine sahip okyanusta, belirli bir andaki toplam kütlesi, tüketici tüketicilerin (balinalar, büyük balıklar, kabuklu deniz ürünleri)kinden daha az olabilir.

Sayı piramitleri ve biyokütle yansıtıyor statik sistemler, yani belirli bir zaman dilimindeki organizmaların sayısını veya biyokütlesini karakterize ederler. Bir ekosistemin trofik yapısı hakkında tam bilgi sağlamamakla birlikte, özellikle ekosistemlerin sürdürülebilirliğinin sağlanmasıyla ilgili bir takım pratik sorunların çözülmesine olanak sağlarlar. Sayı piramidi, örneğin, avlanma mevsimi boyunca izin verilen balık avı miktarını veya hayvanların normal üremelerini etkilemeden vurulmasını hesaplamaya izin verir.

3. Enerji Piramidi enerji akış miktarını, besin kütlesinin besin zincirinden geçiş hızını yansıtır. Biyosinozun yapısı büyük ölçüde sabit enerji miktarından değil, gıda üretim oranından etkilenir.

Bir sonraki trofik seviyeye aktarılan maksimum enerji miktarının bazı durumlarda bir öncekinin %30'u olabileceği ve bunun en iyi durumda olduğu tespit edilmiştir. Birçok biyosenozda ve besin zincirinde aktarılan enerji miktarı yalnızca %1 olabilir.

1942'de Amerikalı ekolojist R. Lindeman şunu formüle etti: enerji piramidi kanunu (yüzde 10 kanunu) , buna göre, ortalama olarak, ekolojik piramidin önceki seviyesinde alınan enerjinin yaklaşık% 10'u, besin zincirleri yoluyla bir trofik seviyeden başka bir trofik seviyeye geçer. Enerjinin geri kalanı termal radyasyon, hareket vb. şeklinde kaybolur. Metabolik süreçlerin bir sonucu olarak organizmalar, besin zincirinin her bir halkasında yaşamsal işlevlerini sürdürmek için harcanan enerjinin yaklaşık %90'ını kaybederler.

Bir tavşan 10 kg bitki maddesi yerse kendi ağırlığı 1 kg artabilir. 1 kg tavşan eti yiyen bir tilki veya kurt kütlesini yalnızca 100 gr arttırır.Odunsu bitkilerde ahşabın organizmalar tarafından zayıf bir şekilde emilmesi nedeniyle bu oran çok daha düşüktür. Otlar ve deniz yosunları için bu değer çok daha yüksektir çünkü sindirimi zor dokulara sahip değildirler. Bununla birlikte, enerji aktarım sürecinin genel modeli aynı kalır: üst trofik seviyelerden, alt seviyelere göre çok daha az enerji geçer.

Bu nedenle besin zincirleri genellikle 3-5'ten (nadiren 6) fazla bağlantıya sahip olamaz ve ekolojik piramitler çok sayıda kattan oluşamaz. Besin zincirinin son halkası, tıpkı ekolojik piramidin en üst katı gibi, o kadar az enerji alacaktır ki, organizma sayısı arttıkça yeterli olmayacaktır.

Bu ifade, tüketilen gıdanın enerjisinin nereye harcandığının izlenmesiyle açıklanabilir: bir kısmı yeni hücrelerin inşasına gider, yani. Büyüme sırasında gıda enerjisinin bir kısmı enerji metabolizması veya solunum için harcanır. Gıdanın sindirilebilirliği tam olarak sağlanamadığından, örn. % 100, daha sonra dışkı şeklindeki sindirilmemiş gıdanın bir kısmı vücuttan atılır.

Solunum için harcanan enerjinin bir sonraki trofik seviyeye aktarılmadığı ve ekosistemi terk ettiği dikkate alındığında, neden her bir sonraki seviyenin bir öncekinden daha az olacağı anlaşılır.

Bu nedenle büyük yırtıcı hayvanlar her zaman nadirdir. Bu nedenle kurtlarla beslenen yırtıcı hayvanlar da yoktur. Bu durumda kurtların sayısı az olduğundan yeterli yiyeceğe sahip olamazlar.

Bir ekosistemin trofik yapısı, onu oluşturan türler arasındaki karmaşık besin ilişkileriyle ifade edilir. Grafik modeller biçiminde gösterilen ekolojik sayı, biyokütle ve enerji piramitleri, farklı beslenme yöntemlerine sahip organizmaların (üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar) niceliksel ilişkilerini ifade eder.



Ekolojik piramitler, her trofik seviyede birey sayısını (sayı piramidi), biyokütle miktarını (biyokütle piramidi) veya içerdikleri enerjiyi (enerji piramidi) yansıtan ve tüm göstergelerde azalma olduğunu gösteren grafik modellerdir. Trofik seviyenin artması.

Üç tür ekolojik piramit vardır: enerji, biyokütle ve sayılar. Enerji piramidinden bir önceki “Ekosistemlerde Enerji Transferi” bölümünde bahsetmiştik. Farklı seviyelerdeki canlı maddenin oranı genellikle gelen enerjinin oranıyla aynı kurala uyar: seviye ne kadar yüksek olursa, toplam biyokütle ve onu oluşturan organizmaların sayısı o kadar düşük olur.

Biyokütle piramidi

Biyokütle piramitleri ve sayılar, su ekosistemlerinin sadece düz değil, aynı zamanda ters çevrilmiş karakteristiği de olabilir.

Ekolojik (trofik) piramit, bir biyosinozun trofik seviyeleri - üreticiler, tüketiciler (her seviye ayrı ayrı) ve ayrıştırıcılar arasındaki niceliksel ilişkilerin, sayılarıyla (sayı piramidi), biyokütle (biyokütle piramidi) veya ayrıştırıcıları arasındaki niceliksel ilişkilerin grafik bir temsilidir. biyokütlenin büyüme hızı (enerji piramidi).

Biyokütle piramidi, bir ekosistemdeki üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar arasındaki, kütleleriyle ifade edilen ve trofik bir model şeklinde gösterilen ilişkidir.

Biyokütle piramitleri ve sayılar sadece düz değil aynı zamanda ters de olabilir (Şekil 12.38). Ters çevrilmiş biyokütle piramitleri, birincil üreticilerin, örneğin fitoplanktonik alglerin çok hızlı bölündüğü ve tüketicilerinin - zooplanktonik kabukluların - çok daha büyük olduğu, ancak uzun bir üreme döngüsüne sahip olduğu su ekosistemlerinin karakteristiğidir. Bu özellikle, birincil üretkenliğin metabolik hızları artan mikroskobik organizmalar tarafından sağlandığı, yani biyokütlenin düşük, üretkenliğin yüksek olduğu tatlı su ortamları için geçerlidir.

Biyokütle piramitleri, "fiziksel" faktörü ortadan kaldırdıkları ve biyokütlenin niceliksel ilişkilerini açıkça gösterdikleri için daha temel ilgi çekicidir. Organizmaların boyutları çok fazla değişmiyorsa, bireylerin toplam kütlesini trofik düzeylerde belirleyerek basamaklı bir piramit elde edebiliriz. Ancak daha düşük seviyedeki organizmalar, daha yüksek seviyedeki organizmalardan ortalama olarak daha küçükse, o zaman ters çevrilmiş bir biyokütle piramidi meydana gelir. Örneğin, çok küçük üreticilerin ve büyük tüketicilerin bulunduğu ekosistemlerde, herhangi bir anda ikincisinin toplam kütlesi, üreticilerin toplam kütlesinden daha yüksek olabilir. Biyokütle piramitleri için çeşitli genellemeler yapılabilir.

Biyokütle piramidi, sonraki her trofik seviyede biyokütledeki değişimi gösterir: karasal ekosistemler için biyokütle piramidi yukarı doğru daralır, okyanus ekosistemi için ise ters çevrilir (aşağı doğru daralır), bu da tüketiciler tarafından fitoplanktonun hızlı tüketimiyle ilişkilidir.

Sayı piramidi

Nüfus piramidi, her beslenme düzeyindeki birey sayısını yansıtan ekolojik bir piramittir. Sayı piramidi her zaman besin zincirlerinin yapısı hakkında net bir fikir vermez, çünkü bireylerin büyüklüğünü ve kütlesini, yaşam beklentisini ve metabolizma hızını hesaba katmaz, ancak ana eğilim - metabolizmada bir azalmadır. çoğu durumda bağlantıdan bağlantıya kişi sayısı gözlenir.

Böylece bozkır ekosisteminde şu sayıda birey oluşmuştur: Üreticiler - 150.000, otçul tüketiciler - 20.000, etçil tüketiciler - 9.000 birey/ar (Odum, 1075), hektar başına bu rakamlar 100 kat daha fazladır. Çayırın biyosenozu, 4 bin m2'lik bir alanda aşağıdaki sayıda birey ile karakterize edilir: üreticiler - 5.842.424, birinci dereceden otçul tüketiciler - 708.024, ikinci dereceden etobur tüketiciler - 35.490, üçüncü dereceden etobur tüketiciler sipariş - 3.

Ters piramitler

Av popülasyonunun üreme oranı yüksekse, düşük biyokütleye sahip olsa bile böyle bir popülasyon, biyokütlesi yüksek ancak üreme oranı düşük yırtıcı hayvanlar için yeterli bir besin kaynağı olabilir. Bu nedenle nüfus piramitleri tersine çevrilebilir. Belirli bir zaman noktasında düşük trofik düzeydeki organizmaların yoğunluğu, yüksek düzeydeki organizmaların yoğunluğundan daha düşük olabilir. Örneğin, birçok böcek tek bir ağaçta (tersine çevrilmiş bir nüfus piramidi) yaşayabilir ve beslenebilir.

Tersine çevrilmiş biyokütle piramidi, birincil üreticilerin (fitoplanktonik algler) çok hızlı bölündüğü (yüksek üreme potansiyeline ve hızlı nesil değişimine sahip) deniz ekosistemlerinin karakteristiğidir. Okyanuslarda yılda 50'ye kadar fitoplankton nesli değişebilir. Fitoplankton tüketicileri çok daha büyüktür ancak çok daha yavaş çoğalırlar. Yırtıcı balıklar (ve hatta morslar ve balinalar) biyokütlelerini biriktirene kadar geçen sürede, toplam biyokütlesi çok daha büyük olan birçok fitoplankton nesli değişecek.

Biyokütle piramitleri, farklı trofik seviyelerdeki bireylerin nesillerinin varoluş süresini ve biyokütlenin oluşum ve tüketim hızını hesaba katmaz. Bu nedenle ekosistemlerin trofik yapısını ifade etmenin evrensel bir yolu, canlı maddenin oluşum oranlarının piramididir; üretkenlik. Ürünlerin enerjisel ifadesine atıfta bulunarak genellikle enerji piramitleri olarak adlandırılırlar.

Bir ekosistemin trofik yapısı, tabanında birinci seviyenin yer aldığı ekolojik bir piramit şeklinde grafiksel olarak gösterilebilir. Bu piramitler, besin zincirlerindeki biyokütle ve enerji tüketimi yasalarını yansıtıyor. Böyle bir piramidin her adımının sayısal değeri, bireylerin sayısı, biyokütleleri veya içinde biriken enerji ile ifade edilebilir.

Bir ekosistemde oluşan besin ağları, her trofik seviyede belirli sayıda organizmanın karakterize ettiği bir yapıya sahiptir. fark edilir ki Bir trofik seviyeden diğerine geçerken organizma sayısı doğru orantılı olarak azalır. Bu desen denir "Ekolojik piramidin kuralı." Bu durumda düşündük sayılar piramidi . Büyük hayvanların grup avlanması sayesinde küçük yırtıcı hayvanların yaşaması durumunda ihlal edilebilir.

Her trofik seviyenin kendine ait biyokütle - herhangi bir gruptaki organizmaların toplam kütlesi. Besin zincirlerinde, farklı trofik seviyelerdeki organizmaların biyokütlesi farklıdır: Üreticilerin biyokütlesi (birinci trofik seviye), tüketicilerin - otçul hayvanların (ikinci trofik seviye) biyokütlesinden çok daha yüksektir. Besin zincirinin sonraki trofik seviyelerinin her birinin biyokütlesi de giderek azalır. Bu desen denir biyokütle piramitleri .

Enerjinin trofik düzeyler arasındaki aktarımı dikkate alındığında da benzer bir model tanımlanabilir. enerji piramidi (ürünler ) . Trofik seviyeler zincirinde kişinin kendi hayati fonksiyonlarını sürdürmek için harcadığı enerji miktarı artar, üretkenlik azalır. Bitkiler fotosentez yoluyla güneş enerjisinin yalnızca küçük bir kısmını emer. İkinci trofik seviyeyi oluşturan otçullar, emilen gıdanın yalnızca belirli bir kısmını (%20-60) özümseyebilir. Sindirilmiş gıda, hayvan organizmalarının ve büyümesinin hayati süreçlerini sürdürmek için kullanılır (örneğin, yağ birikimi şeklinde doku, rezerv oluşturmak için).

Üçüncü trofik seviyedeki organizmalar (etçil hayvanlar), otçul hayvanları yerken yine gıdanın içerdiği enerjinin çoğunu kaybederler. Sonraki trofik seviyelerdeki enerji miktarı tekrar giderek azalır. Bu enerji kaybının sonucu olarak besin zincirinde az sayıda (üç ila beş) trofik seviye ortaya çıkar.

Besin zincirlerinde kaybedilen enerji ancak yeni kısımların gelmesiyle yenilenebilir. Dolayısıyla ekosistemde madde döngüsüne benzer bir enerji döngüsü olamaz. Ekosistemler, güneş enerjisi akışı veya hazır organik madde rezervleri gerektiren açık sistemlerdir; Ekosistemlerde enerji aktarımı bilinenlere göre gerçekleşir termodinamiğin yasaları:

1. Enerji bir formdan diğerine geçebilir ama asla yeniden yaratılmaz veya yok edilmez.

2. Enerjinin bir kısmını ısı biçiminde kaybetmeden, enerjinin dönüşümüyle ilgili tek bir süreç olamaz; %100 verimle enerji dönüşümü yok.

Tahmin ediliyor ki Enerjinin yalnızca %10'u bir trofik seviyeden diğerine aktarılır. Bu desen denir "yüzde on kuralı"

Böylece güç devresindeki enerjinin çoğu bir seviyeden diğerine geçerken kaybolur. Besin zincirindeki bir sonraki halka, yalnızca yenilen önceki halkanın kütlesinin içerdiği enerjiyi alır. Trofik zincirdeki her geçiş sırasında enerji kayıpları yaklaşık %90'ı oluşturur. Örneğin, bir bitki organizmasının enerjisi 1000 J ise, o zaman bir otobur tarafından tamamen yenildiğinde, ikincisinin vücudunda yalnızca 100 J enerji, bir yırtıcı hayvanın vücudunda 10 J enerji asimile edilir ve eğer bu yırtıcı hayvan ise bir başkası tarafından yenildiğinde vücudunda sadece 1 J enerji asimile edilir, o zaman% 0,1 olur.

Bunun sonucunda yeşil bitkilerin besin zincirlerinde biriktirdiği enerji hızla tükeniyor. Bu nedenle besin zinciri 4-5'ten fazla bağlantı içeremez. Besin zincirlerinde kaybedilen enerji ancak yeni kısımların alınmasıyla yenilenebilir. Ekosistemlerde madde döngüsü gibi bir enerji döngüsü olamaz. Herhangi bir ekolojik sistemin yaşamı ve işleyişi, yalnızca güneş radyasyonu şeklinde tek yönlü yönlendirilmiş bir enerji akışıyla veya hazır organik madde rezervlerinin akışıyla mümkündür.

Dolayısıyla sayı piramidi, besin zincirinin her bir halkasındaki bireylerin sayısını yansıtır. Biyokütle piramidi, her bağlantıda oluşan organik madde miktarını, yani biyokütlesini yansıtır. Enerji piramidi her trofik seviyedeki enerji miktarını gösterir.

Sonraki her trofik seviyede mevcut enerji miktarındaki azalmaya, biyokütlede ve birey sayısında bir azalma eşlik eder. Belirli bir biyosinoz için biyokütle piramitleri ve organizma sayısı, genel anlamda verimlilik piramidinin konfigürasyonunu tekrarlar.

Ekolojik piramit grafiksel olarak aynı yükseklikte ancak farklı uzunluklarda birkaç dikdörtgen olarak tasvir edilmiştir. Dikdörtgenin uzunluğu aşağıdan yukarıya doğru azalır, bu da sonraki trofik seviyelerde üretkenliğin azalmasına karşılık gelir. Alttaki üçgen uzunluk bakımından en büyüğüdür ve birinci trofik seviyeye karşılık gelir - üreticiler, ikincisi yaklaşık 10 kat daha küçüktür ve ikinci trofik seviyeye - otçullar, birinci dereceden tüketiciler vb. - karşılık gelir.

Piramidin üç kuralının tümü (üretkenlik, biyokütle ve bolluk) ekosistemlerdeki enerji ilişkilerini ifade eder. Aynı zamanda üretkenlik piramidi evrensel bir karaktere sahiptir ve biyokütle ve bolluk piramitleri belirli bir trofik yapıya sahip topluluklarda ortaya çıkar.

Ekosistem üretkenliği yasalarının bilgisi ve enerji akışını ölçebilme yeteneği büyük pratik öneme sahiptir. Tarımsal üretimin birincil üretimi ve doğal toplulukların insan tarafından sömürülmesi, insanlar için ana besin kaynağıdır. Endüstriyel ve çiftlik hayvanlarından elde edilen biyosinozların ikincil ürünleri de hayvansal protein kaynağı olarak önemlidir. Enerji dağılımı kanunları, biyosenozlarda enerji ve madde akışı, bitki ve hayvanların üretkenlik kalıpları, bitki ve hayvan biyokütlesinin doğal sistemlerden izin verilen uzaklaştırılmasının sınırlarının anlaşılması, “toplumda - doğru ilişkiler kurmamızı sağlar - doğa” sistemi.