Конспект урока: Пищевые связи в экосистеме. Экологические пирамиды

Типы экологических пирамид

Различают три типа экологических пирамид: энергии, биомассы и численности.

Солнце — практически единственный источник всей энергии на Земле. Однако не вся энергия солнечного излучения может усваиваться и использоваться организмами. Лишь около половины обычного светового потока, падающего на зелёные растения (т. е. на продуценты), поглощается фотосинтетическими элементами, и лишь малая доля поглощённой энергии (от 1 до 5 %) запасается в виде биохимической энергии (или энергии химических связей) — энергии, заключённой в тканях растения.

Большая часть солнечной энергии теряется в виде тепла. При перемещении энергии по пищевой цепи с одного уровня на другой скорость её потока (т. е. количество энергии, перешедшей с одного трофического уровня на другой в единицу времени) резко снижается.

Причины снижения количества энергии при переходе с одного трофического уровня на другой:

1. Часть заключённой в пище энергии теряется в процессе биохимической трансформации пищи.
2. Часть энергии вообще не усваивается и выводится из организма с экскрементами, а затем разлагается деструкторами.
3. Хищники съедают только некоторую часть организмов предыдущего трофического уровня, значит, на следующий уровень передаётся не весь запас их энергии.
4. Часть энергии теряется в виде тепла в процессе дыхания.
5. Большое количество энергии расходуется на перемещение животных. При этом тоже выделяется тепло.

Рис. 1. Пирамида энергии

Потери энергии при переходе с одного уровня цепи питания на другой (более высокий) определяют количество этих уровней и соотношение численности хищников и жертв.

 

Подсчитано, что на любой трофический уровень поступает лишь около 10 % (или чуть более) энергии предыдущего уровня. Эта закономерность известна как правило 10 %.

Графически это можно изобразить в виде пирамиды энергии.

Соотношение живого вещества на разных уровнях подчиняется в целом тому же правилу, что и соотношение поступающей энергии: чем выше уровень, тем ниже общая биомасса и численность составляющих её организмов. Это принцип построения экологических пирамид.

Рис. 2. Пирамида биомасс (1), пирамида численности (2)

Основание пирамиды образуют продуценты (растения). Над ними располагаются консументы первого порядка (травоядные). Следующий уровень представляют консументы второго порядка (хищники). И так далее до вершины пирамиды, которую занимают наиболее крупные хищники. Высота пирамиды обычно соответствует длине пищевой цепи.

Пирамида биомасс (1) показывает соотношение биомасс организмов разных трофических уровней, изображённых графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определённому трофическому уровню, пропорциональна его биомассе.

В любой трофической цепи не вся пища используется на рост особи, т. е. на формирование биомассы (часть её расходуется на удовлетворение энергетических затрат организмов: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д.). Следовательно, в каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы.

Правило экологической пирамиды биомасс отражает закономерность, согласно которой в любой экосистеме биомасса каждого следующего звена в 10 раз меньше предыдущего.

Пирамида численности, или чисел (2) — отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы.

Пирамиды чисел отражают только плотность населения организмов на каждом трофическом уровне, но не скорость самовозобновления (оборота) организмов.

Совместная деятельность разных экологических групп организмов является двигателем биологического круговорота веществ в экосистеме. Этот круговорот поддерживается постоянным притоком новых порций энергии. А вот круговорота энергии в экосистеме не существует. Энергия, усвоенная организмами, расходуется на их жизнедеятельность, постепенно переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде. Поэтому без постоянного притока энергии извне существование любой экосистемы и в целом всей нашей планеты было бы невозможно.

Если скорость размножения популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость размножения.

По этой причине пирамиды численности могут быть перевёрнутыми, 

т. е. плотность организмов в данный конкретный момент времени на низком трофическом уровне может быть ниже, чем плотность организмов на высоком уровне.

Пищевая сеть

Если проследить отдельные пищевые цепи, то можно обнаружить, что они очень редко изолированы друг от друга. Обычно одно и то же растение служит пищей нескольким животным, которые, в свою очередь, могут быть съедены разными хищниками. 

Пастбищные цепи постоянно переплетаются как между собой, так и с детритными цепями. Поэтому экологи, описывая экосистему, обычно говорят не о пищевых цепях, а о пищевых сетях.