Які екологічні піраміди бувають. Типи екологічних пірамід

Трофічну структуру екосистеми можна зобразити графічно як екологічної піраміди, основу якої лежить перший рівень. Ці піраміди відображають закони витрачання біомаси та енергії у харчових ланцюгах. Чисельне значення кожного ступеня такої піраміди може бути виражене числом особин, їх біомасою або накопиченою в ній енергією.

Харчові мережі, що виникають в екосистемі, мають структуру, для якої характерна певна кількість організмів на кожному трофічному рівні. Помічено, що кількість організмів прямо пропорційно зменшується при переході з одного трофічного рівня на інший. Така закономірність отримала назву "Правило екологічної піраміди". В даному випадку розглянуто піраміда чисел . Вона може порушуватися, якщо дрібні хижаки живуть завдяки груповому полюванню великих тварин.

Для кожного трофічного рівня характерна своя біомаса - сумарна маса організмів будь-якої групи. У харчових ланцюгах біомаса організмів на різних трофічних рівнях різна: біомаса продуцентів (перший трофічний рівень) значно вища, ніж біомаса консументів – рослиноїдних тварин (другий трофічний рівень). Біомаса кожного з наступних трофічних рівнів харчового ланцюга також поступово зменшується. Ця закономірність отримала назву піраміди біомас .

Аналогічну закономірність можна виявити при розгляді передачі енергії за трофічними рівнями, тобто піраміді енергії (продукції ) . Кількість енергії, що витрачається на підтримку власної життєдіяльності, у ланцюзі трофічних рівнів зростає, а продуктивність падає. Рослини засвоюють у процесі фотосинтезу лише незначну частину сонячної енергії. Рослиноїдні тварини, що становлять другий трофічний рівень, засвоюють лише деяку частину (20-60 %) від поглиненого корму. Засвоєна їжа йде підтримку процесів життєдіяльності організмів тварин і зростання (наприклад, на побудову тканин, запаси як відкладення жирів).

Організми третього трофічного рівня (хижі тварини) при поїданні рослиноїдних тварин знову втрачають більшу частину енергії, що укладена в їжі. Кількість енергії на наступних трофічних рівнях знов прогресивно зменшується. Результатом цих втрат енергії є невелика кількість (три-п'ять) трофічних рівнів у харчовому ланцюзі.

Втрачена в ланцюгах живлення енергія може бути заповнена лише надходженням її нових порцій. Тому в екосистемі не може бути кругообігу енергії, аналогічно кругообігу речовин. Екосистеми є відкритими системами, які потребують припливу сонячної енергії чи готових запасів органічної речовини, т.ч. передача енергії в екосистемах відбувається згідно з відомими законам термодинаміки:

1. Енергія може переходити з однієї форми до іншої, але ніколи не створюється знову і не зникає.

2. Не може бути жодного процесу, пов'язаного з перетворенням енергії, без втрати деякої її частини як тепла, тобто. немає перетворень енергії зі 100% ефективністю.

Підраховано, що з одного трофічного рівня на інший передається лише близько 10% енергії. Ця закономірність отримала назву "правило десяти відсотків".

Таким чином, більша частина енергії в ланцюзі живлення при переході з одного рівня на інший втрачається. До наступної ланки в ланцюги живлення надходить тільки та енергія, яка укладена в масі попередньої ланки, що поїдається. Втрати енергії становлять близько 90% при кожному переході через трофічний ланцюг. Наприклад, якщо енергія рослинного організму становить 1000 Дж, то при повному поїданні його травоїдним тваринам у тілі останнього асимілюється всього 100 Дж, у тілі хижака 10 Дж, а якщо цей хижак буде з'їдений іншим, то в його тілі асимілюється лише 1 Дж енергії, то є 0,1%.

В результаті енергія, накопичена зеленими рослинами в ланцюгах харчування, стрімко вичерпується. Тому харчова ланцюг неспроможна включати понад 4 – 5 ланок. Втрачена в ланцюгах живлення енергія може бути заповнена тільки за рахунок надходження її нових порцій. В екосистемах не може бути круговороту енергії, подібно до кругообігу речовин. Життя та функціонування будь-якої екологічної системи можливі лише за односторонньо спрямованого потоку енергії у вигляді сонячного випромінювання або при припливі запасів готової органічної речовини.

Отже, піраміда чисел відбиває число особин у кожному ланці харчової ланцюга. Піраміда біомас відбиває кількість освіченого кожному ланці органічного речовини – його біомасу. Піраміда енергії показує кількість енергії на кожному трофічному рівні.

Зниження кількості доступної енергії на кожному наступному трофічному рівні супроводжується зниженням біомаси та чисельності особин. Піраміди біомаси та чисельності організмів для даного біоценозу повторюють загалом конфігурацію піраміди продуктивності.

Графічно екологічну піраміду зображують як кількох прямокутників однакової висоти, але різної довжини. Довжина прямокутника зменшується від нижнього до верхнього відповідно до зменшення продуктивності на наступних трофічних рівнях. Нижній трикутник найбільший за довжиною і відповідає першому трофічному рівню - продуцентам, другий - приблизно в 10 разів менше і відповідає другому трофічному рівню - рослиноїдних тварин, споживачам першого порядку і т.д.

Усі три правила піраміди – продуктивності, біомаси та чисельності виражають енергетичні відносини в екосистемах. При цьому піраміда продуктивності має універсальний характер, а піраміди біомаси та чисельності проявляються у співтовариствах із певною трофічною структурою.

Знання законів продуктивності екосистем, можливість кількісного обліку потоку енергії мають важливе практичного значення. Первинна продукція агроценозів та експлуатація людиною природних угруповань – основне джерело їжі для людини. Важливе значення має й вторинна продукція біоценозів, одержувана з допомогою промислових і сільськогосподарських тварин, як джерело тваринного білка. Знання законів розподілу енергії, потоків енергії та речовини у біоценозах, закономірностей продуктивності рослин та тварин, розуміння меж допустимого вилучення рослинної та тваринної біомаси з природних систем дозволяють правильно будувати відносини в системі «суспільство – природа».

Правило екологічної піраміди

Кількість рослинної речовини, що служить основою ланцюга харчування, приблизно в 10 разів більша, ніж маса рослиноїдних тварин, і кожен наступний харчовий рівень також має масу, в 10 разів меншу.

Піраміда чисел (чисельностей)відбиває чисельність окремих організмів кожному рівні. Наприклад, щоб прогодувати одного вовка, необхідно принаймні кілька зайців, на яких він міг би полювати; щоб прогодувати цих зайців, потрібна досить велика кількість різноманітних рослин. Іноді піраміди чисел можуть бути зверненими або перевернутими. Це стосується харчових ланцюгів лісу, коли продуцентами є дерева, а первинними консументами - комахи. У цьому випадку рівень первинних консументів чисельно багатший за рівень продуцентів (на одному дереві годується велика кількість комах).

Піраміда біомас- Співвідношення мас організмів різних трофічних рівнів. Зазвичай у наземних біоценозах загальна маса продуцентів більша, ніж кожної наступної ланки. У свою чергу, загальна маса консументів першого порядку більша, ніж консументів другого порядку тощо. Якщо організми не дуже розрізняються за розмірами, то на графіці зазвичай виходить ступінчаста піраміда з верхівкою, що звужується. Так, для утворення 1 кг яловичини потрібно 70-90 кг свіжої трави.

У водних екосистемах можна також отримати звернену, або перевернуту, піраміду біомас, коли біомаса продуцентів виявляється меншою, ніж консументів, а іноді і редуцентів. Наприклад, в океані при досить високій продуктивності фітопланктону загальна маса в даний момент його може бути меншою, ніж у споживачів-консументів (кити, великі риби, молюски).

Піраміди чисел і біомас відбивають статику системи, т. е. характеризують кількість чи біомасу організмів у певний проміжок часу. Вони не дають повної інформації про трофічну структуру екосистеми, хоча дозволяють вирішувати низку практичних завдань, особливо пов'язаних із збереженням стійкості екосистем. Піраміда чисел дозволяє, наприклад, розраховувати допустиму величину улову риби або відстрілу тварин у мисливський період без наслідків для їх нормального відтворення.

Піраміда енергіївідображає величину потоку енергії, швидкість проходження маси їжі через харчовий ланцюг. На структуру біоценозу більшою мірою впливає не кількість фіксованої енергії, а швидкість продукування їжі.

Встановлено, що максимальна величина енергії, що передається на наступний трофічний рівень, може в деяких випадках становити 30% попереднього, і це в кращому випадку. У багатьох біоценозах, харчових ланцюгах величина енергії, що передається, може становити всього лише 1 %.

У 1942 р. американський еколог Р. Ліндеман сформулював закон піраміди енергій(закон 10 відсотків), згідно з яким з одного трофічного рівня через харчові ланцюги на інший трофічний рівень переходить у середньому близько 10 % енергії, що надійшла на попередній рівень екологічної піраміди. Решта енергії втрачається у вигляді теплового випромінювання, на рух і т.д. Організми в результаті процесів обміну втрачають у кожній ланці харчового ланцюга близько 90% всієї енергії, яка витрачається на підтримку їхньої життєдіяльності.

Найчастіше вивчення екологічних пірамід викликає великі труднощі в учнів. Насправді навіть найпримітивніші та найлегші екологічні піраміди починають вивчати ще дошкільнята та школярі у початкових класах. Екології як науці останніми роками почали приділяти багато уваги, оскільки ця наука у світі грає значну роль. Екологічна піраміда – це частина екології як науки. Щоб розібратися, що це, необхідно прочитати цю статтю.

Що таке екологічна піраміда?

Екологічна піраміда – це такий графічний малюнок, який найчастіше зображують у формі трикутника. Такі моделі зображують трофічну структуру біоценозу. Це означає, що екологічні піраміди відображають кількість особин, їх біомасу або кількість тієї енергії, яка в них міститься. Кожна з них може демонструвати один показник. Відповідно, це означає, що екологічні піраміди можуть бути кількох типів: піраміда, яка відображає кількість особин, піраміда, що відображає кількість біомаси представлених особин, а також остання екологічна піраміда, яка наочно демонструє кількість енергії, яка міститься в цих особинах.

Що таке піраміди чисел?

Піраміда чисел (чи чисельностей) демонструє кількість організмів кожному трофічному рівні. Така екологічна графічна модель можна використовувати у науці, але дуже рідко. Ланки в екологічній піраміді чисельностей можна зображати практично до нескінченності, тобто структуру біоценозу в одній піраміді зобразити дуже важко. Крім цього, на кожному трофічному рівні присутня безліч особин, через які часом практично неможливо продемонструвати цільну структуру біоценозу в одному, повному масштабі.

Приклад побудови піраміди чисел

Для того щоб зрозуміти піраміду чисел і її побудову, необхідно з'ясувати, яких особин і які взаємодії між ними включає дана екологічна піраміда. Приклади зараз розглянемо докладно.

Нехай основою фігури стане 1000 тонн трави. Цією травою, допустимо за 1 рік, зможуть прогодуватися в природних умовах виживання близько 26 мільйонів коників або інших комах. Коники в даному випадку будуть перевищувати рослинність і становитимуть вже другий трофічний рівень. Третім трофічним рівнем стануть 90 тисяч жаб, які за рік вживають у їжу розташованих нижче комах. Близько 300 форелей зможуть вжити цих жаб за рік, відповідно вони будуть розташовані на четвертому трофічному рівні в піраміді. Доросла людина буде розташована вже на вершині екологічної піраміди, вона стане п'ятою і завершальною ланкою в цьому ланцюжку, тобто останнім трофічним рівнем. Це станеться тому, що за рік людина зможе вживати близько 300 форелей. У свою чергу, людина є вищою ланкою відповідно, вже її в їжу вжити не зможе ніхто. Як показано на прикладі, відсутні ланки в екологічній піраміді чисел неможливі.

Вона може мати найрізноманітніші структури залежно від екосистеми. Наприклад, ця піраміда для екосистем суші може бути практично так само, як і піраміда енергії. Це означає, що піраміда біомас буде побудована таким чином, що кількість біомаси зменшуватиметься з кожним наступним трофічним рівнем.

Взагалі піраміди біомас вивчають головним чином студенти, тому що для розуміння їх необхідні деякі знання у сферах біології, екології та зоології. Ця екологічна піраміда - це такий графічний малюнок, який представляє співвідношення між процудентами (тобто виробниками органічних речовин із неорганічних) та консументами (споживачами цих органічних речовин).

та процуденти?

Щоб напевно зрозуміти принцип побудови піраміди біомас, необхідно розібратися, хто такі консументи і процуденти.

Процудентами є виробники органічних речовин із неорганічних. Це рослини. Наприклад, листя рослин використовують вуглекислий газ (неорганічна речовина), а виробляють у результаті фотосинтезу органічну речовину.

Консументи – споживачі даних органічних речовин. В екосистемі суші ними є тварини та люди, а у водних екосистемах – різні морські тварини та риби.

Звернені піраміди біомас

Обернена піраміда біомас має побудову перевернутого вниз трикутника, тобто його основа вже, ніж вершина. Таку піраміду називають зверненою чи перевернутою. Екологічна піраміда має цю побудову в тому випадку, якщо біомаса процудентів (виробників органічних речовин) менша, ніж біомаса консументів (споживачів органічних речовин).

Як ми знаємо, екологічна піраміда – це графічна модель тієї чи іншої екосистеми. Однією з найважливіших екологічних моделей є графічна побудова потоку енергії. Піраміда, яка відображає швидкість і час проходження їжі через називається пірамідою енергій. Вона була сформульована завдяки знаменитому американському вченому, який був екологом та зоологом - Реймонду Ліндеману. Реймонд сформулював закон (правило екологічної піраміди), який стверджував, що при переході з нижчого трофічного рівня на наступний через представлені харчові ланцюги проходить близько 10% (більш-менш) енергії, яка надійшла на попередній рівень в екологічній піраміді. А частина енергії, як правило, витрачається на процес життєдіяльності, на втілення цього процесу. А в результаті процесу обміну в кожній ланці організми втрачають близько 90% своєї енергії.

Закономірність піраміди енергій

Насправді закономірність у тому, що через верхні трофічні рівні проходить набагато менше (у кілька разів) енергії, ніж нижні. Саме тому великих хижих звірів набагато менше, ніж, наприклад, жаб або комах.

Розглянемо приклад такого хижого звіра, як ведмідь. Він може знаходитися на вершині, тобто на останньому трофічному рівні, тому що важко знайти звіра, який би їм харчувався. Якби у великій кількості існували звірі, які споживали б у їжу ведмедів, вони б вже вимерли, тому що не змогли б прогодуватися, оскільки ведмеді нечисленні. Це доводить піраміда енергій.

Піраміда природних рівноваг

Її починають вивчати школярі в 1-х чи 2-х класах, тому що вона цілком легка для розуміння, але водночас дуже важлива як складова науки екології. Піраміда природної рівноваги діє у різних екосистемах, як і наземної природі, і у підводної. Часто її використовують для ознайомлення школярів із важливістю кожної істоти на землі. Щоб зрозуміти піраміду природних рівноваг, необхідно розглянути приклади.

Приклади побудови піраміди природних рівноваг

Піраміду природних рівноваг може наочно демонструвати взаємодію річки та лісу. Наприклад, графічний малюнок може показувати таку взаємодію природних ресурсів: на березі річки ріс ліс, що йшов далеко вглиб. Річка була дуже повноводною, а на її березі росли квіти, гриби, чагарники. У її водах було безліч риби. У цьому вся прикладі спостерігається екологічний баланс. Річка віддає свою вологу деревам, дерева створюють тінь, не дозволяють воді з річки випаровуватися. Розглянемо і зворотний приклад природної рівноваги. Якщо з лісом щось трапиться, дерева згорять або їх вирубають, то річка зможе висохнути без захисту. Це і є прикладом руйнування

Те саме може статися з тваринами та рослинами. Розглянемо сов, і жолуді. Жолуди є основою в екологічній піраміді природної рівноваги, тому що вони нічим не харчуються, але живлять гризунів. Другою складовою у наступному трофічному рівні стануть лісові миші. Вони харчуються жолуді. На вершині піраміди будуть сови, бо вони харчуються мишами. Якщо пропадуть жолуді, які ростуть на дереві, то мишам не буде чим харчуватися і вони, швидше за все, помруть. Але тоді й совам нема кого їсти, і весь їхній вид загине. Це і є піраміда природної рівноваги.

Завдяки цим пірамідам екологи можуть стежити за станом природи, тваринного світу та робити відповідні висновки.

Правило Ліндемана (10%)

Наскрізний потік енергії, проходячи через трофічні рівні біоценозу, поступово гаситься. У 1942 р. Р. Ліндеман сформулював закон піраміди енергій, або закон (правило) 10%, згідно з яким з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інший, більш високий її рівень (за «сходами»: продуцент – консумент – редуцент) у середньому близько 10% енергії, що надійшла на попередній рівень екологічної піраміди. Зворотний потік, пов'язаний із споживанням речовин і продукованої верхнім рівнем екологічної піраміди енергії нижчими її рівнями, наприклад, від тварин до рослин, набагато слабший - не більше 0,5% (навіть 0,25%) від загального її потоку, і тому говорити про кругообіг енергії в біоценозі не доводиться.

Якщо енергія при переході на більш високий рівень екологічної піраміди десятикратно втрачається, то накопичення ряду речовин, у тому числі токсичних і радіоактивних, приблизно такої ж пропорції збільшується. Цей факт фіксовано у правилі біологічного посилення. Воно справедливе всім ценозів. У водних біоценозах накопичення багатьох токсичних речовин, зокрема хлорорганічних пестицидів, корелює з масою жирів (ліпідів), тобто. явно має енергетичну підоснову.

Екологічні піраміди

Для наочності уявлення взаємовідносин між організмами різних видів у біоценозі прийнято використовувати екологічні піраміди, розрізняючи піраміди чисельності, біомас та енергії.

Серед екологічних пірамід найвідомішими і найчастіше використовуваними є:

§ Піраміда чисельності

§ Піраміда біомас

Піраміда чисельності. Для побудови піраміди чисельності підраховують кількість організмів на деякій території, групуючи їх за трофічними рівнями:

§ продуценти – зелені рослини;

§ первинні консументи - травоїдні тварини;

§ вторинні консументи - м'ясоїдні тварини;

§ третинні консументи - м'ясоїдні тварини;

§ га-е консументи («кінцеві хижаки») - м'ясоїдні тварини;

§ редуценти – деструктори.

Кожен рівень зображується умовно як прямокутника, довжина чи площу якого відповідають чисельному значенню кількості особин. Розташувавши ці прямокутники в підпорядкованій послідовності, одержують екологічну піраміду чисельності (рис. 3), основний принцип побудови якої вперше сформулював американський еколог Ч. Елтон Ніколайкін Н. І. Екологія: Навч. для вузів / Н. І. Ніколайкін, Н. Є. Ніколайкіна, О. П. Мелехова. - 3-тє вид., Стереотип. - М: Дрофа, 2004.

Мал. 3. Екологічна піраміда чисельності для луки, що поросла злаками: цифри - число особин

Дані для пірамід чисельності одержують досить легко шляхом прямого збору зразків, проте існують і деякі труднощі:

§ продуценти сильно різняться за розмірами, хоча один екземпляр злаку або водорості має однаковий статус з одним деревом. Це часом порушує правильну пірамідальну форму, іноді даючи навіть перевернені піраміди (рис. 4).

Мал.

§ діапазон чисельності різних видів настільки широкий, що при графічному зображенні ускладнює дотримання масштабу, однак у таких випадках можна використовувати логарифмічну шкалу.

Піраміда біомас. Екологічну піраміду біомас будують аналогічно піраміді чисельності. Її основне значення полягає в тому, щоб показувати кількість живої речовини (біомасу – сумарну масу організмів) на кожному трофічному рівні. Це дозволяє уникнути незручностей, притаманних пірамід чисельності. В цьому випадку розмір прямокутників пропорційний масі живої речовини відповідного рівня, віднесеної до одиниці площі або обсягу (рис. 5, а, б) Ніколайкін Н. І. Екологія: Навч. для вузів / Н. І. Ніколайкін, Н. Є. Ніколайкіна, О. П. Мелехова. - 3-тє вид., Стереотип. - М.: Дрофа, 2004.. Термін «піраміда біомас» виник у зв'язку з тим, що в абсолютній більшості випадків маса первинних консументів, що живуть за рахунок продуцентів, значно менша за масу цих продуцентів, а маса вторинних консументів значно менша за масу первинних консументів. Біомасу деструкторів прийнято показувати окремо.

Мал. 5. Піраміди біомас біоценозів коралового рифу (а) та протоки Ла-Манш (б): цифри - біомаса в грамах сухої речовини, що припадає на 1 м 2

При відборі зразків визначають біомасу на корені або врожай на корені (тобто в даний момент часу), яка не містить жодної інформації щодо швидкості освіти або споживання біомаси.

Швидкість створення органічної речовини визначає його сумарні запаси, тобто. загальну біомасу всіх організмів кожного трофічного рівня. Тому при подальшому аналізі можуть виникнути помилки, якщо не враховувати таке:

* по-перше, за рівності швидкості споживання біомаси (втрата через поїдання) і її утворення врожай на корені не свідчить про продуктивності, тобто. про кількість енергії та речовини, що переходять з одного трофічного рівня на інший, вищий за деякий період часу (наприклад, за рік). Так, на родючому, інтенсивно використовуваному пасовищі врожай трав на корені може бути нижчим, а продуктивність вищою, ніж менш родючим, але мало використовуваним для випасу;

* по-друге, продуцентам невеликих розмірів, наприклад водоростям, властива висока швидкість росту та розмноження, що врівноважується інтенсивним споживанням їх у їжу іншими організмами та природною загибеллю. Тому продуктивність їх може бути не меншою ніж у великих продуцентів (наприклад, дерев), хоча на корені біомаса може бути мала. Іншими словами, фітопланктон з такою самою продуктивністю, як у дерева, матиме набагато меншу біомасу, хоча міг би підтримувати життя тварин такої ж маси.

Одним із наслідків описаного є «перевернуті піраміди» (рис. 3, б). Зоопланктон біоценозів озер і морів найчастіше має більшу біомасу, ніж його їжа - фітопланктон, проте швидкість розмноження зелених водоростей настільки велика, що протягом доби вони відновлюють всю з'їдену біомасу зоопланктоном. Проте у певні періоди року (під час весняного цвітіння) спостерігають звичайне співвідношення їх біомас (рис. 6) Ніколайкін Н. І. Екологія: Навч. для вузів / Н. І. Ніколайкін, Н. Є. Ніколайкіна, О. П. Мелехова. - 3-тє вид., Стереотип. - М: Дрофа, 2004.

Мал. 6. Сезонні зміни у пірамідах біомаси озера (на прикладі одного з озер Італії): цифри – біомаса в грамах сухої речовини, що припадає на 1 м 3

Аномалій, що здаються, позбавлені піраміди енергій, що розглядаються далі.

Піраміда енергії. p align="justify"> Найбільш фундаментальним способом відображення зв'язків між організмами різних трофічних рівнів і функціональної організації біоценозів є піраміда енергій, в якій розмір прямокутників пропорційний енергетичному еквіваленту в одиницю часу, тобто. кількості енергії (на одиницю площі чи обсягу), що пройшла через певний трофічний рівень за прийнятий період (рис. 7) Там же.

Піраміда енергій відображає динаміку проходження маси їжі через харчовий (трофічний) ланцюг, що принципово відрізняє її від пірамід чисельності та біомас, що відображають статику системи (кількість організмів у даний момент). На форму цієї піраміди не впливають зміни розмірів та інтенсивності метаболізму особин. Якщо враховані всі джерела енергії, то піраміда завжди матиме типовий вигляд (у вигляді піраміди вершиною вгору), згідно з другим законом термодинаміки.

Мал. 7. Піраміда енергії: цифри - кількість енергії, кДж * м -2 * r -1

Піраміди енергій дозволяють як порівнювати різні біоценози, а й виявляти відносну значимість популяцій не більше одного співтовариства. Вони є найбільш корисними з трьох типів екологічних пірамід, проте отримати дані для їх побудови найважче.

Одним з найбільш вдалих і наочних прикладів класичних екологічних пірамід є піраміди, зображені на рис. 8 Ніколайкін Н. І. Екологія: Навч. для вузів / Н. І. Ніколайкін, Н. Є. Ніколайкіна, О. П. Мелехова. - 3-тє вид., Стереотип. - М.: Дрофа, 2004. Вони ілюструють умовний біоценоз, запропонований американським екологом Ю. Одумом. «Біоценоз» складається з хлопчика, який харчується лише телятиною, та телят, які їдять виключно люцерну.

Мал.

Правило 1% Екологія. Курс лекцій. Склав: к.т.н., доцент Тихонов А.І., 2002. Точки Пастера, як і закон піраміди енергій Р. Ліндемана, дали привід для формулювання правил одного та десяти відсотків. Звичайно, 1 і 10 – числа наближені: близько 1 та приблизно 10.

«Магічне число» 1% виникає із співвідношення можливостей споживання енергії та «потужностей», необхідних для стабілізації середовища. Для біосфери частка можливого споживання загальної первинної продукції не перевищує 1% (що випливає і з закону Р. Ліндемана: близько 1% чистої первинної продукції в енергетичному виразі споживають хребетні тварини як консументи вищих порядків, близько 10% - безхребетні як консументи нижчих порядків та решту, що залишилася) частина - бактерії та гриби-сапрофаги). Як тільки людство на межі минулого і нашого століть почало використовувати більшу кількість продукції біосфери (зараз не менше 10%), так перестав задовольнятися принцип Ле Шательє - Брауна (мабуть, приблизно з величини 0,5% загальної енергетики біосфери): рослинність не давала приросту біомаси відповідно до збільшення концентрації СО 2 і т.д. (Приріст кількості пов'язаного рослинами вуглецю спостерігався лише у минулому столітті).

Емпірично поріг споживання 5 - 10% від суми речовини, що призводить з переходом через нього до помітних змін у системах природи, досить визнаний. Прийнятий він головним чином на емпірико-інтуїтивному рівні, без розрізнення форм та характеру управління у цих системах. Орієнтовно можна розділити плани, що намічаються для природних систем з організмовим і консорційним типом управління з одного боку, і популяційних систем з іншого. Для перших цікаві для нас величини - поріг виходу зі стаціонарного стану до 1% від потоку енергії («норми» споживання) і поріг саморуйнування - близько 10% від цієї «норми». Для популяційних систем перевищення середньому 10% обсягу вилучення призводить до виходу цих систем із стаціонарного стану.

Природа дивовижна та різноманітна, і в ній все взаємопов'язане та врівноважене. Число особин будь-яких видів тварин, комах, риб постійно регулюється.

Неможливо уявити, щоб чисельність будь-якого виду особин постійно зростала. Щоб такого не відбувалося, існує природний відбір та багато інших факторів навколишнього середовища, які постійно регулюють цю чисельність. Всі ви, напевно, чули такий вираз, як екологічна піраміда. Що це таке? Які види екологічних пірамід існують? На яких правилах вона ґрунтується? Відповіді на ці та інші питання ви отримаєте нижче.

Екологічна піраміда - це... Визначення

Отже, всім відомо, що в біології існують харчові ланцюги, коли одні тварини, зазвичай хижаки, харчуються іншими тваринами.

Екологічна піраміда - це приблизно така сама система, але, у свою чергу, набагато глобальніша. Що вона є? Екологічна піраміда - це така собі система, що відбиває у своєму складі чисельність істот, масу особин і плюс енергію, закладену у яких кожному рівні. Особливість ще у тому, що з підвищенні кожного рівня показники значно знижуються. До речі, саме з цим і пов'язане правило екологічної піраміди. Перш ніж говорити про нього, варто зрозуміти, як виглядає ця схема.

Правило піраміди

Якщо уявити її схематично на малюнку, це буде щось схоже з пірамідою Хеопса: чотирикутна піраміда з загостреною верхівкою, де зосереджено найменшу кількість особин.

Правило екологічної піраміди визначає одну дуже цікаву закономірність. Вона полягає в тому, що основа екологічної піраміди, а саме рослинність, що становить основу харчування, десь удесятеро більша, ніж маса тварин, що харчуються рослинною їжею.

При цьому кожен наступний рівень теж у десять разів менший за попередній. Так і виходить, що крайній верхній рівень містить найменшу масу та енергію. Що дає нам ця закономірність?

Роль правила піраміди

З правила екологічної піраміди можна вирішити безліч завдань. Наприклад, скільки орлів може зрости, коли є певна кількість зерна, коли в ланцюзі живлення беруть участь жаби, змії, коники та орел.

Виходячи з того, що на вищий рівень переноситься лише 10% енергії, можна легко вирішувати подібні завдання. Що таке екологічні піраміди, ми дізналися, виявили їхнє правило і закономірності. А ось про те, які екологічні піраміди існують у природі, ми зараз і поговоримо.

Види екологічних пірамід

Існує три види пірамід. З початкового визначення, вже можна дійти невтішного висновку, що вони пов'язані з числом особин, їх біомасою і енергією, що у них. Загалом про все по порядку.

Піраміда чисел

Назва говорить сама за себе. Ця піраміда відбиває число особин, що є всіх рівнях окремо. Але слід зазначити, що в екології вона застосовується досить рідко, тому що на одному рівні знаходиться дуже велика кількість особин, і дати повну структуру біоценозу досить важко.

Все це набагато легше подати на одному конкретному прикладі. Допустимо, в основі піраміди лежить 1000 тонн зелених рослин. Цю рослинність поїдають коники. Їхня кількість, наприклад, становить десь близько тридцяти мільйонів. Дев'яносто тисяч жаб здатні споживати всіх цих коників. Самі ж жаби є їжею 300 форелей. Така кількість риби одна людина здатна з'їсти протягом року. Що в нас виходить? А виходить те, що в основі піраміди мільйони трав, а на верхівці піраміди лише одна людина.

Саме тут ми можемо спостерігати, як, під час переходу з рівня на кожний наступний показники знижуються. Зменшується маса, кількість особин, знижується енергія, що міститься в них. Не можна не згадати і те, що трапляються винятки. Допустимо, іноді бувають звернені екопіраміди чисел. Припустимо, у лісі на певному дереві мешкають комахи. Ними харчуються всі комахоїдні птахи.

Піраміда біомаси

Друга схема – це піраміда біомаси. Вона теж є співвідношенням. Але в даному випадку це співвідношення мас. Як правило, маса в основі піраміди завжди набагато більша, ніж на найвищому трофічному рівні, а маса другого рівня вище, ніж маса третього рівня, і так далі. Якщо організми на різних трофічних рівнях не особливо відрізняються за розмірами, то на малюнку це якраз і виглядає як чотирикутна піраміда, що звужується догори. Один з американських учених пояснював структуру даної піраміди на наступному прикладі: вага рослинності на лузі набагато більша, ніж маса особин, які споживають ці рослини, вага рослиноїдних вище ваги м'ясоїдних першого рівня, вага останніх вище ваги м'ясоїдних другого рівня і так далі.

Наприклад, один лев важить досить багато, але ця особина зустрічається настільки рідко, що, порівняно з масою інших особин, його власна маса мізерно мала. Винятки зустрічаються і в таких пірамідах, коли маса продуцентів менша порівняно з масою консументів. Розглянемо це з прикладу водної системи. Маса фітопланктону, навіть з огляду на високу продуктивність, менша, ніж маса споживачів, наприклад китів. Такі піраміди звуться перевернутих чи звернених.

Піраміда енергії

Ну і нарешті, третій вид екологічної піраміди – енергетична. Вона відбиває швидкість, з якою маса їжі проходить через ланцюг, і навіть величину цієї енергії. Цей закон було сформульовано Р. Ліндеманом. Саме він довів, що зі зміною трофічного рівня переходить лише 10% енергії, яка перебувала на попередньому рівні.

Початковий відсоток енергії завжди становить 100%. Але якщо на наступний трофічний рівень переходить лише десята частина, то куди подіється більша частина енергії? Основна її частина, а саме 90%, витрачається особинами на забезпечення всіх процесів життєдіяльності. Таким чином, тут також існує певна закономірність. Через верхні трофічні рівні, де менша маса та кількість особин, енергії протікає також значно менша частина, ніж її проходить через нижчі рівні. Саме цим можна пояснити той факт, що хижаків не така велика кількість.

Недоліки та переваги екологічних пірамід

Незважаючи на кількість різних видів, практично кожен із них має ряд мінусів. Це, наприклад, піраміди чисел та біомаси. У чому їх недолік? Справа в тому, що побудова першої викликає деякі труднощі, якщо розкид чисельності різних рівнів дуже великий. Але вся складність полягає не лише у цьому.

Піраміда енергії здатна порівнювати продуктивність, оскільки враховує найважливіший фактор часу. Ну і, звичайно, варто сказати, що така піраміда ніколи не виявляється перевернутою. Завдяки цьому вона є певним стандартом.

Роль екологічної піраміди

Екологічна піраміда - те, що допомагає нам зрозуміти структуру біоценозу, описати стан системи. Також ці схеми допомагають щодо допустимої кількості вилову риби, числа відстрілу тварин.

Все це потрібно для того, щоб не порушити загальну цілісність та стійкість екології. Піраміда, у свою чергу, допомагає нам зрозуміти організацію функціональних угруповань, а також порівнювати різні екосистеми за їх продуктивністю.

Екологічна піраміда як співвідношення ознак

Виходячи з перелічених вище видів, можна дійти невтішного висновку, що екологічна піраміда - це певне співвідношення показників, що з чисельністю, масою і енергією. Рівні екологічної піраміди різні за всіма ознаками. Вищі показники мають нижчі рівні, і навпаки. Не варто забувати і про перевернуті схеми. Тут консументи перевершують продуцентів. Але в цьому немає нічого дивного. Природа має свої закони, винятки можуть бути будь-де.

Енергетична піраміда найбільш проста та надійна, тому що враховує найважливіший тимчасовий фактор. Завдяки цьому саме її прийнято вважати певним стандартом. Роль екологічних пірамід дуже велика підтримки балансу природних екосистем та забезпечення їх стійкості.