Экологические пирамиды
В экосистеме при передаче энергии с одного трофического уровня на другой большая часть энергии рассеивается в виде тепла (в соответствии со вторым законом термодинамики), и только около 10% от первоначального количества передается по пищевой цепи.
В результате, пищевые цепи можно представить графически в виде экологических пирамид.
Пирамиды строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников - пропорциональна значению измеряемого объема.
Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Высота пирамиды пропорционально длине пищевой цепи, т.е. числу содержащихся в ней трофических уровней.
По правилу пирамиды происходит снижение всех показателей с повышением трофического уровня живых организмов. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные становятся крупнее на каждом трофическом уровне.
Различают 3 типа пирамид: чисел (пирамида Элтона), биомасс, энергии (продукции).
Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение численности организмов от продуцентов к консументам.
Пирамида биомасс показывает изменение биомасс на каждом следующем трофическом уровне.
Пирамида энергии (продукции) - отражает уменьшение количества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.
По строению пирамиды чисел и биомасс могут быть прямыми и перевернутыми. Например, перевернутые - цепь паразитов: растения→ грибы→ дробянка, питающиеся органическим веществами других организмов; водная экосистема: фитопланктон→ зоопланктон→ рыба мелкая→ рыба крупная→ акула.
Пирамида энергий никогда не бывает «перевернутой»: следующий трофический уровень может пропустить через себя лишь в среднем не более 10% энергии (закон пирамиды энергий или правило 10%).
Продукция на каждом последующем трофическом уровне составляет около 10% предыдущей (хотя на уровне хищников может быть выше около 20%). В результате, чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу накопленной в органическом веществе энергии. Поэтому число трофических уровней никогда не бывает слишком большим. Одним из наиболее удачных и наглядных примеров классических экологических пирамид служат пирамиды, изображенные на рисунке. Они иллюстрируют условный биоценоз, предложенный Ю. Одумом «Биоценоз состоит из мальчика, питающегося телятиной и телят, которые едят исключительно люцерну» (рис. 10).
Пирамида чисел (а) показывает, что если бы мальчик питался в течение одного года только телятиной, то для этого ему потребовалось бы 4,5 теленка, а для пропитания телят необходимо засеять поле в 4 га люцерной, что составит 2×10-10 растений. В пирамиде биомасс (б) число особей заменено их биомассой. В пирамиде энергии (в) учтена солнечная энергия. Люцерна использует 0,24% солнечной энергии. Для накопления продукции телятами в течение года используется 8% энергии, аккумулированной люцерной. На развитие и рост ребенка в течение года используется 0,7% энергии, аккумулированной телятами. В результате чуть более одной миллионной доли солнечной энергии, падающей на поле в 4 га, используется для пропитания ребенка в течение одного года.
|
|
|
а
 |
|
б
 |
в
Рис. 9. Пирамида чисел (а), биомасс (б) и энергии (в), представляющие упрощенную экосистему: люцерна – телята – мальчик 12 лет.