Экологическая пирамида: правило построения, примеры и значение

Примеры

Для понимания работы биосистем по принципу пирамиды рекомендуется ознакомиться с наглядными примерами, которые можно встретить в природе или в повседневной жизни.

На берегу моря после шторма можно наблюдать такую картину: большие стаи чаек кружат над самой водой и атакуют поднимающуюся к поверхности рыбу. Туда же устремляются местные ребята и на небольшой глубине ловят рыбу голыми руками.

Причина этого рыболовного ажиотажа в следующем:

1. Штормом к берегу прибивает большие скопления водорослей.
2. В их зарослях пребывает огромное количество креветок и мелкого биопланктона.
3. За этим богатством устремляется достаточное количество рыбы, которая путается и плещется в этих водорослях.
4. Замыкают трофическую пирамиду данной цепи питания чайки и удачливые рыболовы.

Следующий пример носит отпечаток антропогенного влияния на экосистему.

Трофические цепи:

1. Пасущиеся в поле коровы (консументы 1 уровня) с аппетитом поедают траву (продуцент 1 уровня).
2. На выходе получается молоко, из которого делают кефир, сыр, сметану, масло. Они идут на питание человеку.
3. Но и саму корову могут употребить в пищу консументы высшего уровня: крупные хищники, или тот же человек.

Этот пример интересен тем, что корова одновременно становится участником и простой, и перевернутой схемы. Признак последней — меньшее количество питательных организмов на низшем трофическом уровне.

Ее признаки:

1. В природных условиях, если корова пасется за городом, она подвергается укусам большого количества комаров, оводов и слепней (консументов 1 трофического уровня).
2. Часть их будет съедена мелкими птицами: ласточками, лесными воробьями и т. п.(консументы 2 уровня).
3. Некоторые из них в свою очередь станут пищевой энергией для сов, соколиных, лис (консументы 3 уровня).

Значение

Использование закона ступенчатой зависимости уровней и влияние их численности и массы друг на друга позволяет ученым оценивать существующие биоценозы в каждом индивидуальном случае. Зная численность или биомассу одного уровня, учитывая антропогенно-природную обстановку местности, можно рассчитать численные значения всех остальных. Это позволяет существенно сократить временные и экономические расходы на научные исследования.

Эти методы расчетов могут применяться и в народном хозяйстве.

Например:

1. Выдалась сухая весна, и масса травяного покрова в определенном регионе резко упала от нормы.
2. Зная количество проживающих в ареале травоядных животных, можно рассчитать их потребность в траве и воде.
3. Это позволяет своевременно предпринять природоохранные меры — произвести подсев на определенной территории нужного количества трав и других пищевых растений.
4. Это в свою очередь обеспечит стабильность популяций организмов и особей всей трофической цепи биоценоза, сохранит их природные связи.

Применение правила экологической пирамиды позволяет в некоторых смежных вопросах решать экологические задачи.

Например:

1. По такому принципу можно регулировать уровень органических веществ в почве, численность животных и растений, если они ниже или выше нормы.
2. Решения многих экологических проблем напрямую связаны с правильно определенным изменением баланса пищевых цепей биоценозов.
3. Составление таблиц на основании данных биологической пирамиды наглядно показывают экологическую ситуацию в конкретном регионе. Это позволяет своевременно реагировать и принимать меры по восстановлению равновесия трофических классов.

Что такое биологическая пирамида

В ее принцип построения положено взаимоотношение всех соседних слоев на основании их пищевых отношений. Массивную основу дает богатая биомасса (растения — на земле, водоросли — в воде), которая становится продуктом потребления для следующего верхнего слоя. Такой процесс питания верхнего (с меньшим количеством организмов) слоя низшим (более массивным) повторяется до верхушки пирамиды — высшего организма или особи.

Виды

Для более полной оценки существующих биогеоценозов и биоценозов с точки зрения их трофических отношений было выделено три фактора оценки. В основу брались их основные показатели и влияние на окружающую среду.

Разновидности пирамид по количеству:

• выделяемой и потребляемой энергии;
• биомассы;
• организмов (численности).

Энергии

Из этих трех типов схема потери/передачи энергии дает наиболее полное представление о функциональной организованности сообщества. Анализ ее работы показывает коэффициент полезного действия всей системы, качество и скорость обменных и природных процессов цепи.

Согласно расчетам специалистов, потребляемая и вырабатываемая энергия только одной десятой частью вливается в следующий уровень. Остальная ее часть идет на обеспечение всех процессов жизнедеятельности и излучается в окружающую среду в виде тепла.

Закон перехода энергии от слоя к слою (уровня к уровню) носит циклический характер с сохранением пропорции передачи и потребления энергии примерно 1:10.

Биомассы

Ее потеря от уровня к уровню обусловлена расходом ее энергетической ценности на функциональные энергозатраты организмов (особей): пищеварение, дыхание, выполнение всех двигательных функций и работу внутренних органов.

Низший слой всегда имеет большее количество особей и организмов в цепи (в перевернутых схемах наоборот).

Пирамида чисел (численности)

Пирамида чисел
(численности) или пирамида Элтона
отражает численность отдельных организмов
на каждом трофическом уровне.

Пирамида
численности представляет собой наиболее
простое приближение к изучению
трофической структуры экосистемы.

При
этом сначала подсчитывают число
организмов на данной территории,
сгруппировав их по трофическим уровням
и представив в виде прямоугольника,
длина (или площадь) которого пропорциональна
числу организмов, обитающих на данной
площади (или в данном объеме, если это
водная экосистема).

Пирамида
численности может иметь правильную
форму, т.е. суживаться кверху (правильная
или прямая), а может быть и перевернутой
вершиной вниз (перевернутая или
обращенная) рис.7.

правильная
(прямая)
перевернутая (обращенная)

(пруд,
озеро, луг, степь, пастбище и др.)
(лес умеренного пояса летом и
др.)

Рис.7.
Пирамида численности (1 – правильная;
2- перевернутая)

Пирамида
численности имеет правильную форму,
т.е. сужается при продвижении от уровня
продуцентов к более высоким трофическим
уровням, для водных экосистем (пруд,
озеро и др.) и наземных экосистем (луг,
степь, пастбище и др.).

Например:

тысяча
особей фитопланктона в небольшом пруду
может прокормить 100 особей мелких
ракообразных – консументов первого
порядка, которые в свою очередь прокормят
10 особей рыб – консументов второго
порядка, которых будет достаточно,
чтобы прокормиться 1 окуню – консументу
третьего порядка.

Пирамида
численности для некоторых экосистем,
например для леса умеренного пояса,
имеет перевернутую форму.

Например:

в
лесу умеренного пояса летом небольшое
количество больших деревьев —
продуцентов снабжает пищей огромное
количество небольших по размеру
насекомых-фитофагов и птиц — консументов
первого порядка.

Однако
в экологии пирамида численности
употребляется редко, так как из-за
большого числа особей на каждом
трофическом уровне очень трудно
отобразить структуру биоценоза в
одном масштабе.

Пирамида
биомассы

Пирамида
биомассы отражает более полно пищевые
взаимоотношения в экосистеме, так как
в ней учитывается суммарная масса
организмов (биомасса) каждого трофического
уровня.

Прямоугольники
в пирамидах биомассы отображают
массу организмов каждого трофического
уровня, отнесенную к единице площади
или объема.

Пирамиды биомассы,
так же, как и пирамиды численности, могут
быть не только правильной формы, но и
перевернутыми (обращенными) рис.8.

Консументы
3 порядка

Консументы
2 порядка

Консументы
1 порядка

П

ро

Продуценты

правильная (прямая)
перевернутая
(обращенная)

луг, поле и др.)
пруд и
особенно морские

экосистемы)

Рис.7. Пирамида
биомасс (1 – правильная; 2- перевернутая)

Для большинства
наземных экосистем (луг, поле и др.)
суммарная биомасса каждого последующего
трофического уровня пищевой цепи
уменьшается.

Это
создает пирамиду биомасс, где существенно
преобладают продуценты, а над ними
располагаются постепенно уменьшающиеся
трофические уровни консументов, т.е.
пирамида биомасс имеет правильную
форму.

Например:

в
среднем из 1000 кг растений образуется
100 кг тела растительноядных
животных – консументов первого порядка
(фитофагов). Плотоядные животные –
консументы второго порядка, поедающие
растительноядных, могут синтезировать
из этого количества 10 кг своей биомассы.
А хищники – консументы третьего порядка,
питающиеся плотоядными животными,
синтезируют только 1 кг своей биомассы.

В
водных экосистемах (озеро, пруд и др.)
пирамида биомасс может быть
перевернутой, где биомасса консументов
преобладает над биомассой продуцентов.

Это
объясняется тем, что в водных экосистемах
продуцентом является микроскопический
фитопланктон, быстро растущий и
размножающийся), который в достаточном
количестве непрерывно поставляет
живую пищу консументам, намного медленно
растущим и размножающимся. Зоопланктон
(или другие животные, питающиеся
фитопланктоном) накапливают биомассу
годами и десятилетиями, тогда
как фитопланктон
имеет крайне короткий период жизни
(несколько дней или часов).

Цепь питания

Основная потребность любого живого организма — питание. Исходя из принципа построения биологической трофической пирамиды, в этот процесс включены все виды — от простейших (бактерий) до высших (человека). В каждой отдельной экосистеме количество элементов (уровней) может колебаться от двух до 5—6 (в океане и более).

Исходя из структуры и особенностей организмов, им требуется разная по содержанию полезных веществ (БЖУ, минеральных компонентов, витаминов) пища. Таким образом сложились различные цепи питания.

Различают два их основных вида:

• пастбищная пищевая цепь (цепь выедания );
• детритная (цепь разложения).

Пастбищная

Она заключается в последовательном переходе энергии, потребляемой в виде пищи. Состав первого продуцента (энергетика) — зеленые растения, съедобные для травоядных (травы, цветы, наземные овощные культуры).

Порядок перехода:

• от растений (продуцентов) к травоядным животным ( консументам первого порядка);
• те в качестве питания попадают к мелким хищникам (консументам второго порядка);
• они — к более крупным (третьего порядка).

Детритная

Ее структура имеет обратное движение энергии — от умерших крупных животных к микроорганизмам, которые, перерабатывая останки, выделяют специальную субстанцию, называемую детритом.

На картинке пример такой цепи питания.