Økologisk pyramideregel

Mengden plantemateriale som tjener som grunnlaget for næringskjeden er omtrent 10 ganger større enn massen av planteetende dyr, og hvert påfølgende matnivå har også en masse 10 ganger mindre.

Pyramide av tall (tall) reflekterer antall individuelle organismer på hvert nivå. For eksempel, for å mate en ulv, trenger han minst flere harer for at han skal kunne jakte; For å mate disse harene trenger du et ganske stort utvalg av planter. Noen ganger kan pyramider av tall reverseres, eller opp ned. Dette gjelder skogens næringskjeder, der trær tjener som produsenter og insekter som primærforbrukere. I dette tilfellet er nivået av primærforbrukere numerisk rikere enn nivået av produsenter (et stort antall insekter lever av ett tre).

Biomassepyramide- forholdet mellom massene av organismer av forskjellige trofiske nivåer. Vanligvis i terrestriske biocenoser er den totale massen av produsenter større enn hver påfølgende kobling. I sin tur er den totale massen av første-ordens forbrukere større enn for andre-ordens forbrukere, etc. Hvis organismene ikke skiller seg for mye i størrelse, resulterer grafen som regel i en avtrappet pyramide med en avsmalnende spiss. Så for å produsere 1 kg biff trenger du 70-90 kg ferskt gress.

I akvatiske økosystemer kan du også få en omvendt, eller omvendt, pyramide av biomasse, når biomassen til produsenter er mindre enn forbrukernes, og noen ganger til nedbrytere. For eksempel, i havet, med en ganske høy produktivitet av planteplankton, kan dens totale masse i et gitt øyeblikk være mindre enn for forbrukere (hval, stor fisk, skalldyr).

Pyramider av tall og biomasse gjenspeiler statikken i systemet, det vil si at de karakteriserer antallet eller biomassen til organismer i en viss tidsperiode. De gir ikke fullstendig informasjon om den trofiske strukturen til et økosystem, selv om de tillater å løse en rekke praktiske problemer, spesielt knyttet til å opprettholde bærekraften til økosystemene. Tallpyramiden gjør det for eksempel mulig å beregne tillatt mengde fiskefangst eller skyting av dyr i jaktsesongen uten konsekvenser for deres normale reproduksjon.

Pyramide av energi reflekterer mengden energiflyt, hastigheten på passasje av matmasse gjennom næringskjeden. Strukturen til biocenosen påvirkes i større grad ikke av mengden fast energi, men av hastigheten på matproduksjonen.

Det er fastslått at den maksimale energimengden som overføres til neste trofiske nivå i noen tilfeller kan være 30 % av det forrige, og dette er i beste fall. I mange biocenoser og næringskjeder kan mengden energi som overføres bare være 1 %.

I 1942 formulerte den amerikanske økologen R. Lindeman lov om energipyramide(loven på 10 prosent), ifølge hvilken, i gjennomsnitt, går omtrent 10% av energien mottatt på det forrige nivået av den økologiske pyramiden fra ett trofisk nivå gjennom næringskjeder til et annet trofisk nivå. Resten av energien går tapt i form av termisk stråling, bevegelse osv. Som et resultat av metabolske prosesser, mister organismer omtrent 90% av all energi i hvert ledd i næringskjeden, som brukes på å opprettholde deres vitale funksjoner.

Økologisk pyramide- grafiske bilder av forholdet mellom produsenter og forbrukere på alle nivåer (planteetere, rovdyr, arter som lever av andre rovdyr) i økosystemet.

Den amerikanske zoologen Charles Elton foreslo skjematisk å skildre disse forholdene i 1927.

I en skjematisk representasjon vises hvert nivå som et rektangel, hvis lengde eller areal tilsvarer de numeriske verdiene til et ledd i næringskjeden (Eltons pyramide), deres masse eller energi. Rektangler arrangert i en bestemt rekkefølge skaper pyramider av forskjellige former.

Basen til pyramiden er det første trofiske nivået - nivået på produsenter; påfølgende etasjer i pyramiden dannes av de neste nivåene i næringskjeden - forbrukere av forskjellige bestillinger. Høyden på alle blokkene i pyramiden er den samme, og lengden er proporsjonal med antall, biomasse eller energi på tilsvarende nivå.

Økologiske pyramider skiller seg ut avhengig av indikatorene som pyramiden er bygget på. Samtidig er grunnregelen etablert for alle pyramider, ifølge hvilken det i ethvert økosystem er flere planter enn dyr, planteetere enn rovdyr, insekter enn fugler.

Basert på regelen for den økologiske pyramiden, er det mulig å bestemme eller beregne kvantitative forhold mellom forskjellige arter av planter og dyr i naturlige og kunstig skapte økologiske systemer. For eksempel krever 1 kg masse av et sjødyr (sel, delfin) 10 kg spist fisk, og disse 10 kg trenger allerede 100 kg av maten - virvelløse dyr i vann, som igjen trenger å spise 1000 kg alger og bakterier for å danne en slik masse. I dette tilfellet vil den økologiske pyramiden være bærekraftig.

Men som du vet, er det unntak fra hver regel, som vil bli vurdert i hver type økologisk pyramide.

Typer økologiske pyramider

1. pyramider av tall- på hvert nivå er antall individuelle organismer plottet

Tallpyramiden viser et tydelig mønster oppdaget av Elton: Antall individer som utgjør en sekvensiell serie av koblinger fra produsenter til forbrukere, synker stadig (fig. 3).

For eksempel, for å mate en ulv, trenger han minst flere harer for at han skal kunne jakte; For å mate disse harene trenger du et ganske stort utvalg av planter. I dette tilfellet vil pyramiden se ut som en trekant med en bred base som smalner oppover.

Denne formen for en tallpyramide er imidlertid ikke typisk for alle økosystemer. Noen ganger kan de snus, eller opp ned. Dette gjelder skogens næringskjeder, der trær tjener som produsenter og insekter som primærforbrukere. I dette tilfellet er nivået av primære forbrukere numerisk rikere enn nivået av produsenter (et stort antall insekter lever av ett tre), derfor er tallpyramidene de minst informative og minst veiledende, dvs. antall organismer på samme trofiske nivå avhenger i stor grad av størrelsen deres.

1. biomassepyramider- karakteriserer den totale tørre eller våte massen av organismer på et gitt trofisk nivå, for eksempel i masseenheter per arealenhet - g/m2, kg/ha, t/km2 eller per volum - g/m3 (fig. 4)

Vanligvis i terrestriske biocenoser er den totale massen av produsenter større enn hver påfølgende kobling. I sin tur er den totale massen av første-ordens forbrukere større enn for andre-ordens forbrukere, etc.

I dette tilfellet (hvis organismene ikke avviker for mye i størrelse) vil pyramiden også se ut som en trekant med en bred base som smalner oppover. Det er imidlertid betydelige unntak fra denne regelen. For eksempel, i havet er biomassen til planteetende dyreplankton betydelig (noen ganger 2-3 ganger) større enn biomassen til planteplankton, hovedsakelig representert av encellede alger. Dette forklares med det faktum at alger veldig raskt spises av dyreplankton, men de er beskyttet mot å bli fullstendig spist bort av den svært høye delingshastigheten av cellene deres.

Generelt er terrestriske biogeocenoser, hvor produsentene er store og lever relativt lenge, preget av relativt stabile pyramider med bred base. I akvatiske økosystemer, der produsentene er små i størrelse og har korte livssykluser, kan pyramiden av biomasse snus eller snus (med spissen pekende ned). Således, i innsjøer og hav, overstiger massen av planter forbrukernes masse bare i blomstringsperioden (våren), og i løpet av resten av året kan den motsatte situasjonen oppstå.

Pyramider av tall og biomasse gjenspeiler statikken i systemet, det vil si at de karakteriserer antallet eller biomassen til organismer i en viss tidsperiode. De gir ikke fullstendig informasjon om den trofiske strukturen til et økosystem, selv om de tillater å løse en rekke praktiske problemer, spesielt knyttet til å opprettholde bærekraften til økosystemene.

Tallpyramiden gjør det for eksempel mulig å beregne tillatt mengde fiskefangst eller skyting av dyr i jaktsesongen uten konsekvenser for deres normale reproduksjon.

1. energipyramider- viser mengden energiflyt eller produktivitet ved påfølgende nivåer (fig. 5).

I motsetning til pyramidene av tall og biomasse, som reflekterer statikken i systemet (antall organismer i et gitt øyeblikk), reflekterer energipyramiden bildet av hastigheten på passasje av matmasse (mengde energi) gjennom hvert trofiske nivå i næringskjeden, gir det mest komplette bildet av den funksjonelle organiseringen av lokalsamfunn.

Formen på denne pyramiden påvirkes ikke av endringer i individers størrelse og stoffskifte, og hvis alle energikilder tas i betraktning, vil pyramiden alltid ha et typisk utseende med bred base og avsmalnende topp. Når du konstruerer en energipyramide, legges ofte et rektangel til basen for å vise tilstrømningen av solenergi.

I 1942 formulerte den amerikanske økologen R. Lindeman loven om energipyramiden (loven om 10 prosent), ifølge hvilken i gjennomsnitt ca. 10 % av energien mottatt på det forrige nivået av den økologiske pyramiden går fra én trofisk. nivå gjennom næringskjeder til et annet trofisk nivå. Resten av energien går tapt i form av termisk stråling, bevegelse osv. Som et resultat av metabolske prosesser, mister organismer omtrent 90% av all energi i hvert ledd i næringskjeden, som brukes på å opprettholde deres vitale funksjoner.

Hvis en hare spiste 10 kg plantemateriale, kan dens egen vekt øke med 1 kg. En rev eller ulv, som spiser 1 kg harekjøtt, øker massen med bare 100 g. I treaktige planter er denne andelen mye lavere på grunn av det faktum at tre er dårlig absorbert av organismer. For gress og tang er denne verdien mye større, siden de ikke har vanskelig fordøyelig vev. Imidlertid forblir det generelle mønsteret av prosessen med energioverføring: mye mindre energi passerer gjennom de øvre trofiske nivåene enn gjennom de nedre.

La oss vurdere transformasjonen av energi i et økosystem ved å bruke eksemplet på en enkel trofisk kjede på beite, der det bare er tre trofiske nivåer.

1. nivå - urteaktige planter,
2. nivå - planteetende pattedyr, for eksempel harer
3. nivå - rovpattedyr, for eksempel rev

Næringsstoffer skapes under prosessen med fotosyntese av planter, som danner organiske stoffer og oksygen, samt ATP, fra uorganiske stoffer (vann, karbondioksid, mineralsalter, etc.) ved å bruke energien fra sollys. En del av den elektromagnetiske energien til solstråling omdannes til energien til kjemiske bindinger av syntetiserte organiske stoffer.

Alt organisk materiale som dannes under fotosyntesen kalles brutto primærproduksjon (GPP). En del av energien til brutto primærproduksjon brukes på respirasjon, noe som resulterer i dannelsen av netto primærproduksjon (NPP), som er selve stoffet som går inn i det andre trofiske nivået og brukes av harer.

La rullebanen være 200 konvensjonelle energienheter, og kostnadene til anlegg for respirasjon (R) - 50%, dvs. 100 konvensjonelle energienheter. Da vil netto primærproduksjon være lik: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), d.v.s. På det andre trofiske nivået vil harene motta 100 konvensjonelle energienheter.

Av ulike grunner er imidlertid harer i stand til å konsumere bare en viss andel av kjernekraften (ellers ville ressursene for utvikling av levende stoffer forsvinne), mens en betydelig del av det er i form av døde organiske rester (underjordiske deler av planter). , hardt tre av stengler, greiner, etc. .) er ikke i stand til å bli spist av harer. Det går inn i skadelige næringskjeder og/eller dekomponeres av nedbrytere (F). Den andre delen går til bygging av nye celler (populasjonsstørrelse, vekst av harer - P) og sikring av energimetabolisme eller respirasjon (R).

I dette tilfellet, i henhold til balansetilnærmingen, vil balanselikheten til energiforbruk (C) se slik ut: C = P + R + F, dvs. Energien som mottas på det andre trofiske nivået vil i henhold til Lindemanns lov brukes på befolkningsvekst - P - 10%, de resterende 90% vil bli brukt på respirasjon og fjerning av ufordøyd mat.

Således, i økosystemer, med en økning i det trofiske nivået, er det en rask nedgang i energien akkumulert i kroppene til levende organismer. Herfra er det klart hvorfor hvert påfølgende nivå alltid vil være mindre enn det forrige og hvorfor næringskjeder vanligvis ikke kan ha mer enn 3-5 (sjelden 6) ledd, og økologiske pyramider kan ikke bestå av et stort antall etasjer: til den siste koblingen av næringskjeden er den samme som til øverste etasje i den økologiske pyramiden vil motta så lite energi at det ikke vil være nok hvis antallet organismer øker.

En slik sekvens og underordning av grupper av organismer koblet i form av trofiske nivåer representerer strømmene av materie og energi i biogeocenosen, grunnlaget for dens funksjonelle organisasjon.

Økologiske pyramider.

Trofiske kjeder kan teoretisk bestå av et stort antall lenker, men praktisk talt ikke overstige 5–6 lenker, siden som et resultat av handlingen termodynamikkens andre lov energien forsvinner raskt.

Termodynamikkens andre lov er også kjent som økningsloven entropi(Gresk entropi snu, transformasjon). I følge denne loven kan energi ikke skapes eller ødelegges - den overføres fra et system til et annet og transformeres fra en form til en annen.

I trofiske kjeder er mengden plantestoff som tjener som grunnlaget for næringskjeden omtrent 10 ganger større enn massen av planteetende dyr, og hvert påfølgende matnivå har også en masse 10 ganger mindre. Dette mønsteret kalles 10%-regelen: i gjennomsnitt overføres ikke mer enn 1/10 av energien mottatt fra forrige nivå til neste trofiske nivå. Derfor, hvis omtrent én prosent av solenergien akkumuleres i planter, vil for eksempel andelen på det fjerde trofiske nivået bare være 0,001%.

Trofiske kjeder representerer veldig ustabile systemer , siden utilsiktet tap av et ledd ødelegger hele kjeden. Bærekraft av naturlig samfunn er sikret ved tilstedeværelsen av komplekse forgrenede multi-arter trofiske nettverk . I slike nettverk, når en hvilken som helst kobling faller ut, begynner energi å bevege seg langs omkjøringsveier. Jo flere arter det er i en biogeocenose, jo mer pålitelig og stabil er den.

For å visualisere størrelsen på energioverføringskoeffisienten fra nivå til nivå i økosystemenes næringskjeder, brukes økologiske pyramider av flere typer.

Økologisk pyramide -er en grafisk (eller diagrammatisk) representasjon av forholdet mellom volumer av organisk materiale eller energi på tilstøtende nivåer i en næringskjede.

Den grafiske modellen av pyramiden ble utviklet i 1927 av en amerikansk zoolog Charles Elton.

Basen til pyramiden er det første trofiske nivået - nivået på produsenter, og de neste "etasjene" i pyramiden er dannet av påfølgende nivåer - forbrukere av forskjellige bestillinger. Høyden på alle blokkene er lik, og lengden er proporsjonal med antall, biomasse eller energi på tilsvarende nivå. Det er tre måter å bygge økologiske pyramider på

De mest utbredte typene økologiske pyramider er:

Eltons tallpyramider;

Pyramider av biomasse;

Pyramider av energi.

Lindemanns prinsipp. I 1942, basert på en generalisering av omfattende empirisk materiale, formulerte den amerikanske økologen Lindeman prinsippet om transformasjon av biokjemisk energi i økosystemer, som ble kalt i miljølitteraturen. lov 10%.

Lindemanns prinsipp - lov om energipyramiden (lov på 10 prosent), ifølge hvilket, i gjennomsnitt, går omtrent 10 % av energien mottatt på det forrige nivået av den økologiske pyramiden fra ett trofisk nivå gjennom næringskjeder til et annet trofisk nivå. Resten av energien går tapt i form av termisk stråling, bevegelse osv. Som et resultat av metabolske prosesser, mister organismer omtrent 90% av all energi i hvert ledd i næringskjeden, som brukes på å opprettholde deres vitale funksjoner.

Eltons tallpyramider presenteres i skjemaet gjennomsnittlig antall individer , nødvendig for ernæring av organismer lokalisert på påfølgende trofiske nivåer.

Pyramide av tall(overflod) gjenspeiler antall individuelle organismer på hvert nivå (fig. 35).

For eksempel, for å mate en ulv, trenger han minst flere harer for at han skal kunne jakte; For å mate disse harene trenger du et ganske stort utvalg av planter.

For eksempel,å representere næringskjeden:

EIKEBLAD – LARVE – MEIS

Tallpyramiden for en meis (tredje nivå) viser antall larver (andre nivå) som den spiser i løpet av en bestemt tid, for eksempel på en dag med lys. På det første nivået av pyramiden er det avbildet så mange eikeblader som kreves for å mate antallet larver som vises på andre nivå av pyramiden.

Pyramider av biomasse og energi uttrykke forholdet mellom mengden biomasse eller energi på hvert trofisk nivå.

Biomassepyramiden er basert på å vise resultatene av veiing av tørrmassen av organisk materiale på hvert nivå, og energipyramiden er basert på beregninger av biokjemisk energi overført fra det underliggende til det øvre nivået. Disse nivåene på biomasse- (eller energi-) pyramidegrafen er avbildet som rektangler med samme høyde, hvis bredde er proporsjonal med mengden biomasse som overføres til hvert påfølgende (overliggende) nivå i den trofiske kjeden som studeres.

GRESS (809) – KJØTTETTER (37) – KJØTET-1 (11) – KJØVET-2 (1,5),

hvor verdiene av tørr biomasse (g/kvm) er angitt i parentes.

2. Pyramide av biomasse – forholdet mellom massene av organismer på forskjellige trofiske nivåer. Vanligvis i terrestriske biocenoser er den totale massen av produsenter større enn hver påfølgende kobling. I sin tur er den totale massen av første-ordens forbrukere større enn for andre-ordens forbrukere, etc. Hvis organismene ikke skiller seg for mye i størrelse, resulterer grafen som regel i en avtrappet pyramide med en avsmalnende spiss. Så for å produsere 1 kg storfekjøtt trenger du 70–90 kg ferskt gress.

I akvatiske økosystemer kan du også få en omvendt, eller omvendt, pyramide av biomasse, når biomassen til produsentene er mindre enn forbrukernes, og noen ganger til nedbrytere. For eksempel, i havet, med en ganske høy produktivitet av planteplankton, kan dens totale masse i et gitt øyeblikk være mindre enn for forbrukere (hval, stor fisk, skalldyr)

Pyramider av tall og biomasse reflekterer statisk systemer, dvs. de karakteriserer antall eller biomasse av organismer i en viss tidsperiode. De gir ikke fullstendig informasjon om den trofiske strukturen til et økosystem, selv om de tillater å løse en rekke praktiske problemer, spesielt knyttet til å opprettholde bærekraften til økosystemene.

Tallpyramiden gjør det for eksempel mulig å beregne tillatt mengde fiskefangst eller skyting av dyr i jaktsesongen uten konsekvenser for deres normale reproduksjon.

3. Energipyramide reflekterer mengden energiflyt, hastigheten på passasje av matmasse gjennom næringskjeden. Strukturen til biocenosen påvirkes i større grad ikke av mengden fast energi, men hastigheten på matproduksjonen (Fig. 37).

Det er fastslått at den maksimale energimengden som overføres til neste trofiske nivå i noen tilfeller kan være 30 % av det forrige, og dette er i beste fall. I mange biocenoser og næringskjeder kan mengden energi som overføres bare være 1 %.

Ris. 37. Energipyramide: energistrøm gjennom næringskjeden for beite (alle tall er i kilojoule per meter i kvadrat ganger året)

Merk at økologiske pyramider er en tydelig illustrasjon av Lindemann-prinsippet og med deres hjelp reflekterer et vesentlig trekk ved energiprosesser i økosystemer, nemlig: på grunn av den relativt lille andelen energi (i gjennomsnitt omtrent en tiendedel) som overføres til neste nivå, svært lite energi er igjen i økosystemet, og resten går tilbake til geosfæren. Med en 4-nivå trofisk kjede er det altså bare ti tusendel av den biokjemiske energien igjen i økosystemet. Den ubetydelige andelen av energi som er igjen i økosystemet forklarer hvorfor næringskjedene i ekte naturlige økosystemer ikke har mer enn 5–6 nivåer.

Den økologiske pyramiden er en grafisk fremstilling av energitap i næringskjeder.

Næringskjeder er stabile kjeder av sammenkoblede arter som suksessivt trekker ut materialer og energi fra det opprinnelige næringsstoffet som har utviklet seg under utviklingen av levende organismer og biosfæren som helhet. De utgjør den trofiske strukturen til enhver biocenose, gjennom hvilken energioverføring og stoffsykluser utføres. En næringskjede består av en rekke trofiske nivåer, hvor sekvensen tilsvarer strømmen av energi.

Den primære energikilden i strømforsyningskretser er solenergi. Det første trofiske nivået - produsenter (grønne planter) - bruker solenergi i prosessen med fotosyntese, og skaper primærproduksjonen av enhver biocenose. Imidlertid brukes bare 0,1 % av solenergien i prosessen med fotosyntese. Effektiviteten som grønne planter assimilerer solenergi med, vurderes ut fra verdien av primærproduktivitet. Mer enn halvparten av energien knyttet til fotosyntese blir umiddelbart konsumert av planter under respirasjon; resten av energien overføres videre langs næringskjedene.

I dette tilfellet er det et viktig mønster knyttet til effektiviteten av bruk og konvertering av energi i ernæringsprosessen. Dens essens er som følger: mengden energi som brukes på å opprettholde ens egne vitale funksjoner i næringskjedene øker fra ett trofisk nivå til et annet, og produktiviteten reduseres.

Fytobiomasse brukes som en kilde til energi og materiale for å lage biomasse av andre-ordens organismer

trofisk nivå av første-ordens forbrukere - planteetere. Typisk er produktiviteten til det andre trofiske nivået ikke mer enn 5 - 20 % (10 %) av det forrige nivået. Dette gjenspeiles i forholdet mellom plante- og dyrebiomasse på planeten. Mengden energi som kreves for å sikre kroppens vitale funksjoner vokser med en økning i nivået av morfofunksjonell organisering. Følgelig reduseres mengden biomasse som skapes ved høyere trofiske nivåer.

Økosystemer er svært varierende i den relative frekvensen av skapelse og forbruk av både netto primærproduksjon og netto sekundærproduksjon på hvert trofisk nivå. Imidlertid er alle økosystemer uten unntak preget av visse forhold mellom primær- og sekundærproduksjon. Mengden plantemateriale som tjener som grunnlag for næringskjeden er alltid flere ganger (omtrent 10 ganger) større enn den totale massen av planteetende dyr, og massen til hvert påfølgende ledd i næringskjeden endres proporsjonalt tilsvarende.

Den progressive nedgangen i assimilert energi i en rekke trofiske nivåer gjenspeiles i strukturen til økologiske pyramider.

En nedgang i mengden tilgjengelig energi på hvert påfølgende trofisk nivå er ledsaget av en nedgang i biomasse og antall individer. Biomassepyramidene og antall organismer for en gitt biocenose gjentar i generelle termer konfigurasjonen av produktivitetspyramiden.

Grafisk er den økologiske pyramiden avbildet som flere rektangler med samme høyde, men forskjellige lengder. Lengden på rektangelet avtar fra nedre til øvre, tilsvarende en reduksjon i produktivitet ved påfølgende trofiske nivåer. Den nedre trekanten er den største i lengde og tilsvarer det første trofiske nivået - produsenter, det andre er omtrent 10 ganger mindre og tilsvarer det andre trofiske nivået - planteetere, førsteordens forbrukere, etc.

Hastigheten for dannelse av organisk materiale bestemmer ikke dets totale reserver, dvs. den totale massen av organismer på hvert trofisk nivå. Den tilgjengelige biomassen til produsenter og forbrukere i spesifikke økosystemer avhenger av forholdet mellom akkumuleringshastigheten av organisk materiale på et visst trofisk nivå og overføringen til et høyere nivå, dvs. Hvor alvorlig er forbruket av de dannede reservene? En viktig rolle her spilles av reproduksjonshastigheten til hovedgenerasjonene av produsenter og forbrukere.

I de fleste terrestriske økosystemer gjelder som allerede nevnt også regelen om biomasse, d.v.s. den totale massen av planter viser seg å være større enn biomassen til alle planteetere, og massen av planteetere overstiger massen til alle rovdyr.

Det er nødvendig å skille kvantitativt mellom produktivitet, nemlig den årlige veksten av vegetasjon, og biomasse. Forskjellen mellom primærproduksjonen av biocenosen og biomassen bestemmer omfanget av beite av plantemasse. Selv for samfunn med en overvekt av urteaktige former, der reproduksjonshastigheten for biomasse er ganske høy, bruker dyr opptil 70% av den årlige veksten av planter.

I de trofiske kjedene der overføringen av energi utføres gjennom rovdyr-byttedyr-forbindelser, observeres ofte pyramider i antall individer: det totale antallet individer som deltar i næringskjeden avtar med hvert ledd. Dette skyldes også at rovdyr vanligvis er større enn byttet sitt. Et unntak fra reglene for bestandspyramiden er når små rovdyr lever av gruppejakt på store dyr.

Alle pyramidens tre regler - produktivitet, biomasse og overflod - uttrykker energiforhold i økosystemer. Samtidig har produktivitetspyramiden en universell karakter, og pyramidene av biomasse og overflod vises i samfunn med en viss trofisk struktur.

Kunnskap om lovene for økosystemproduktivitet og evnen til å kvantifisere energiflyt er av stor praktisk betydning. Primærproduksjon av agrocenoser og menneskelig utnyttelse av naturlige samfunn er hovedkilden til mat for mennesker. Sekundærprodukter av biocenoser hentet fra industri- og husdyr er også viktige som kilde til animalsk protein. Kunnskap om lovene for energifordeling, strømmer av energi og materie i biocenoser, mønstre for plante- og dyreproduktivitet, forståelse av grensene for tillatt fjerning av plante- og dyrebiomasse fra naturlige systemer gjør det mulig for oss å bygge relasjoner i "samfunnet - naturen på riktig måte". "system.

Forhold der noen organismer spiser andre organismer eller deres rester eller ekskresjoner (ekskrement) kalles trofisk (trofe - ernæring, mat, gr.). Samtidig uttrykkes matrelasjoner mellom medlemmer av økosystemet gjennom trofiske (mat)kjeder . Eksempler på slike kretser inkluderer:

· mose → hjort → ulv (tundraøkosystem);

· gress → ku → menneske (antropogent økosystem);

· mikroskopiske alger (fytoplankton) → insekter og dafnier (dyreplankton) → mort → gjedde → måker (akvatisk økosystem).

Å påvirke næringskjedene for å optimalisere dem og få flere eller bedre kvalitetsprodukter er ikke alltid vellykket. Eksemplet med import av kyr til Australia er viden kjent fra litteraturen. Før dette ble naturlige beitemarker hovedsakelig brukt av kenguruer, hvis ekskrementer ble vellykket mestret og behandlet av den australske møkkbillen. Den australske billen fordøyde ikke kuekskrement, noe som resulterte i gradvis nedbrytning av beitemarker. For å stoppe denne prosessen, måtte den europeiske møkkbillen bringes til Australia.

Trofiske eller næringskjeder kan presenteres i skjemaet pyramider. Den numeriske verdien av hvert trinn i en slik pyramide kan uttrykkes ved antall individer, deres biomasse eller energien som er akkumulert i den.

I samsvar med lov om energipyramiden R. Lindeman og ti prosent regel , fra hvert trinn går omtrent 10 % (fra 7 til 17 %) av energi eller materie i energitermer til neste trinn (fig. 3.7). Legg merke til at på hvert påfølgende nivå, når mengden energi reduseres, øker kvaliteten, dvs. evnen til å utføre arbeid per enhet animalsk biomasse er et tilsvarende antall ganger høyere enn samme mengde plantebiomasse.

Et slående eksempel er næringskjeden i åpent hav, representert ved plankton og hval. Massen av plankton er spredt i havvann, og med bioproduktiviteten til åpent hav mindre enn 0,5 g/m2 dag-1, er mengden potensiell energi i en kubikkmeter havvann uendelig liten sammenlignet med energien til en hval, hvis masse kan nå flere hundre tonn. Som du vet er hvalolje et kaloririkt produkt som til og med ble brukt til belysning.

Fig.3.7. Pyramide for energioverføring langs næringskjeden (ifølge Yu. Odum)

En tilsvarende sekvens er også observert i ødeleggelsen av organisk materiale: omtrent 90 % av energien til ren primærproduksjon frigjøres av mikroorganismer og sopp, mindre enn 10 % av virvelløse dyr og mindre enn 1 % av virveldyr, som er de siste cosumentors. I samsvar med den siste figuren er den formulert én prosent regel : For stabiliteten til biosfæren som helhet bør andelen av mulig sluttforbruk av netto primærproduksjon i energitermer ikke overstige 1 %.

Ved å stole på næringskjeden som grunnlag for økosystemets funksjon, er det også mulig å forklare tilfeller av akkumulering i vevet av visse stoffer (for eksempel syntetiske giftstoffer), som, når de beveger seg langs næringskjeden, ikke delta i den normale metabolismen av organismer. I følge regler for biologisk forbedring Det er en om lag tidoblet økning i konsentrasjonen av forurensningen når man flytter til et høyere nivå av den økologiske pyramiden.

Spesielt en tilsynelatende ubetydelig økning i innholdet av radionuklider i elvevannet på første nivå av trofiskkjeden assimileres av mikroorganismer og plankton, konsentreres deretter i fiskens vev og når maksimale verdier i måker. Eggene deres har et nivå av radionuklider som er 5000 ganger høyere enn bakgrunnsforurensning.

Artssammensetningen av organismer studeres vanligvis på nivået populasjoner .

La oss huske at en populasjon er en samling av individer av samme art som bor i ett territorium, som har en felles genpool og evnen til å blande seg fritt. Generelt kan en bestemt populasjon være lokalisert innenfor et bestemt økosystem, men den kan også spre seg utover sine grenser. For eksempel er bestanden av den svarthakkede murmeldyren på Tuora-Sis-ryggen, oppført i den røde boken, kjent og beskyttet. Denne populasjonen er ikke begrenset til denne ryggen, men strekker seg videre sørover inn i Verkhoyansk-fjellene i Yakutia.

Miljøet der arten som studeres vanligvis finnes, kalles dens habitat.

Som regel er en økologisk nisje okkupert av en art eller dens befolkning. Med sammenfallende krav til miljø og matressurser kommer to arter alltid i konkurranse, som vanligvis ender med fortrengning av en av dem. En lignende situasjon er kjent innen systemøkologi som G.F.-prinsippet Gause , som sier at to arter ikke kan eksistere i samme område dersom deres økologiske behov er identiske, dvs. hvis de opptar samme nisje. Følgelig kalles et system med samvirkende populasjoner differensiert av økologiske nisjer, som utfyller hverandre i større grad enn å konkurrere med hverandre om bruk av plass, tid og ressurser, et fellesskap (cenosis).

Isbjørnen kan ikke leve i taiga-økosystemer, akkurat som brunbjørnen i isområdene.

Spesifikasjoner er alltid adaptive, så aksiom til Charles Darwin hver art er tilpasset et strengt definert, spesifikt sett av levekår. I dette tilfellet formerer organismer seg med en intensitet som sikrer deres maksimalt mulige antall ( regel om maksimalt "livspress"" ).

For eksempel dekker oseaniske planktonorganismer raskt et område på tusenvis av kvadratkilometer i form av en film. V.I. Vernadsky beregnet at fremføringshastigheten til en Fischer-bakterie som måler 10-12 cm3 ved reproduksjon i en rett linje ville være lik omtrent 397 200 m/time - hastigheten til et fly! Imidlertid er overdreven reproduksjon av organismer begrenset av begrensende faktorer og korrelerer med mengden matressurser i deres habitat.

Når arter forsvinner, primært sammensatt av store individer, endres materiell-energistrukturen til folketellingen som et resultat. Hvis energistrømmen som passerer gjennom økosystemet ikke endres, vil mekanismene økologisk duplisering etter prinsippet: en truet eller ødelagt art innenfor ett nivå av den økologiske pyramiden erstatter en annen funksjonelt koenotisk, lignende. Utskiftingen av en art foregår i henhold til følgende skjema: en liten erstatter en stor, som er evolusjonært lavere organisert, med en mer organisert, mer genetisk labil og mindre genetisk variabel. Siden en økologisk nisje i en biocenose ikke kan være tom, oppstår nødvendigvis økologisk duplisering.

En suksessiv endring av biocenoser som suksessivt oppstår i samme territorium under påvirkning av naturlige faktorer eller menneskelig påvirkning kalles suksesjon (suksesjon - kontinuitet, lat.). For eksempel, etter en skogbrann, er den brente skogen bebodd i mange år først av gress, deretter av busker, deretter av løvtrær og til slutt av barskog. I dette tilfellet kalles påfølgende samfunn som erstatter hverandre serier eller stadier. Sluttresultatet av suksesjon vil være tilstanden til et stabilisert økosystem - overgangsalder (klimaks - trapp, "modent trinn", gr.).

Suksesjon som begynner i et område som ikke tidligere var okkupert kalles hoved . Disse inkluderer setninger av lav på stein, som senere vil erstatte moser, gress og busker (fig. 3.8). Hvis et samfunn utvikler seg på stedet til et eksisterende (for eksempel etter en brann eller opprykking, bygging av en dam eller reservoar), så snakker vi om sekundær suksesjon. Selvfølgelig vil suksesshastigheten variere. Primære suksesjoner kan ta hundrevis eller tusenvis av år, men sekundære suksesjoner skjer raskere.

Alle populasjoner av produsenter, forbrukere og heterotrofer samhandler tett gjennom trofiske kjeder og opprettholder dermed strukturen og integriteten til biocenoser, koordinerer strømmene av energi og materie og bestemmer reguleringen av deres miljø. Hele settet med kropper av levende organismer som bor på jorden er fysisk og kjemisk forent, uavhengig av deres systematiske tilknytning og kalles levende materie ( loven om fysisk og kjemisk enhet av levende materie av V.I. Vernadsky). Massen av levende stoffer er relativt liten og er estimert til 2,4-3,6 * 1012 tonn (i tørrvekt). Hvis det er fordelt over hele overflaten av planeten, vil du få et lag på bare halvannen centimeter. I følge V.I. Vernadsky er denne "livets film", som er mindre enn 10-6 av massen til andre skjell på jorden, "en av de kraftigste geokjemiske kreftene på planeten vår."

>> Økologiske pyramider

Økologiske pyramider

1. Hva er et næringsnett?
2. 2 Hvilke organismer er produsenter?
3. Hvordan skiller forbrukere seg fra produsenter?

Energioverføring i et fellesskap.

I enhver trofisk kjede brukes ikke all mat til vekst av individer, det vil si til dannelse av biomasse. En del av det brukes på å dekke energikostnadene til organismer: pust, bevegelse, reproduksjon, opprettholdelse av kroppstemperatur osv. Følgelig, i hver påfølgende lenke næringskjeden biomassen synker. Vanligvis, jo større massen til det første leddet i en næringskjede er, jo større er den i påfølgende ledd.

Næringskjeden er hovedkanalen for energioverføring i et samfunn. Når du beveger deg bort fra primærprodusenten, reduseres mengden. Dette skyldes en rekke årsaker.

Overføringen av energi fra ett nivå til et annet er aldri fullført. Noe av energien går tapt under bearbeiding av mat, og noe absorberes ikke av kroppen i det hele tatt og skilles ut fra den med ekskrementer, og brytes deretter ned av destruktorer.

Noe energi går tapt som varme under pusten. Ethvert dyr som flytter, jakter, bygger et rede eller utfører andre handlinger, utfører arbeid som krever energi, som et resultat av at varme frigjøres igjen.

Fallet i mengden energi under overgangen fra et trofisk nivå til et annet (høyere) bestemmer antallet av disse nivåene og forholdet mellom rovdyr og byttedyr. Det anslås at et gitt trofisk nivå mottar omtrent 10 % (eller litt mer) av energien til forrige nivå. Derfor er det totale antallet trofiske nivåer sjelden mer enn fire til seks.

Dette fenomenet, avbildet grafisk, kalles den økologiske pyramiden. Det er en pyramide av tall (individer), en pyramide av biomasse og en pyramide av energi.

Basen til pyramiden er dannet av produsenter ( planter). Over dem er forbrukere av første orden (planteetere). Det neste nivået er representert av andre-ordens forbrukere (rovdyr). Og så videre til toppen av pyramiden, som er okkupert av de største rovdyrene. Høyden på pyramiden tilsvarer vanligvis lengden på næringskjeden.

Biomassepyramiden viser forholdet mellom biomassen til organismer av forskjellige trofiske nivåer, avbildet grafisk på en slik måte at lengden eller arealet av rektangelet som tilsvarer et visst trofisk nivå er proporsjonal med biomassen (fig. 136).

Leksjonens innhold leksjonsnotater og støtteramme leksjonspresentasjon akselerasjonsmetoder og interaktive teknologier lukkede øvelser (kun for lærerbruk) vurdering Øve på oppgaver og øvelser, selvtest, workshops, laboratorier, caser vanskelighetsgrad på oppgaver: normal, høy, olympiadelekser Illustrasjoner illustrasjoner: videoklipp, lyd, fotografier, grafer, tabeller, tegneserier, multimediaabstrakter, tips for nysgjerrige, jukseark, humor, lignelser, vitser, ordtak, kryssord, sitater Tillegg ekstern uavhengig testing (ETT) lærebøker grunnleggende og ekstra tematiske høytider, slagord artikler nasjonale funksjoner ordbok andre Kun for lærere