Экологические пирамиды и потоки энергии через экосистемы

В цепях питания не вся пища используется на рост особи (накопление биомассы), поскольку часть ее расходуется на дыхание, движение, поддержание температуры тела организмов и пр. В каждом последующем звене, таким образом, происходит уменьшение биомассы. Это в общем случае касается не только биомассы, но и численности особей, и запаса энергии.

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме удобно использовать особую графическую форму - экологические пирамиды, которые выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Изображают экологическую пирамиду в виде прямоугольников, расположенных друг над другом: Основание образуют растения – продуценты, выше располагаются травоядные организмы(консументы 1 порядка) и т.д.

Пирамиды численности – самые простые для построения: нужно сгруппировать организмы по трофическим уровням (продуценты, консументы 1, 2, 3 порядка…) и подсчитать число организмов на каждом уровне. Длина прямоугольников в пирамиде численности будет пропорциональна числу организмов каждого трофического уровня, обитающих на данной площади (в объеме).

Существует ряд проблем, связанных с использованием данного типа пирамид: 1. Продуценты сильно различаются по своим размерам, но один экземпляр злака или водоросли, например, имеет тот же статус, что и одно дерево. Поэтому истинно пирамидальной формы часто не получается. 2. Диапазон численности разных настолько широк, что часто трудно соблюсти масштаб при изображении пирамиды.

Пирамиды биомассы, в которых учитывается суммарная масса организмов каждого трофического уровня, позволяют избежать этих проблем. Однако для их построения требуются не только учет численности, но и взвешивание отдельных особей - это более трудоемкий процесс. Прямоугольники в пирамидах биомассы отражают массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади (объема).

Существует ряд проблем, связанных с использованием данного типа пирамид: 1. Если скорость потребления биомассы примерно соответствует скорости её образования, то урожай на корню не обязательно свидетельствует о продуктивности. Например, на плодородном интенсивно используемом пастбище урожай трав на корню может быть ниже, а продуктивность выше, чем на менее плодородном, но мало используемом для выпаса. 2. Продуцентам небольших размеров свойственна высокая скорость возобновления, уравновешенная интенсивным потреблением их в пищу другими организмами. Таким образом, хотя биомасса на корню может быть малой по сравнению с крупными продуцентами (например, деревьями), продуктивность при этом может быть не меньше. Подобных «аномалий» можно избежать, применяя пирамиды энергии.

Пирамиды энергии являются наиболее фундаментальным способом отображения связей между организмами на разных трофических уровнях. Закон пирамиды энергий (правило Линдермана): с одного трофического уровня на другой, более высокий (по лестнице продуцент → консумент → редуцент), переходит в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды. Обращенные пирамиды возникают в случае, когда численность (биомасса) организмов низшего трофического уровня не больше, а меньше, чем у верхнего уровня. В этом случае нижние прямоугольники оказываются короче, чем расположенные над ними. Примеры таких пирамид – экологическая пирамида численности, включающая организм-хозяин и его паразитов; пирамида биомассы в водных экосистемах.

Задание 6.

6А. Применяя правило 10%, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы выросла одна щука весом 10 кг (пищевая цепь: водоросли – рачки – мелкие рыбы – окунь – щука). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня. Постройте по полученным данным экологическую пирамиду.

6Б. Применяя правило 10%, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один медведь, весом в 300 кг (пищевая цепь: водоросли – рачки – мелкие рыбы – лосось – медведь). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня. Постройте по полученным данным экологическую пирамиду.