Élelmiszer piramis szabály. Ökológiai piramis

Lindemann szabály (10%)

A biocenózis trofikus szintjein áthaladó energia átáramlás fokozatosan kialszik. 1942-ben R. Lindeman megfogalmazta az energiák piramisának törvényét, vagyis a 10%-os törvényt (szabályt), amely szerint az ökológiai piramis egyik trofikus szintjéről egy másik, magasabb szintre lép (a „létra” mentén: termelő) - fogyasztó - lebontó) az ökológiai piramis előző szintjén kapott energia átlagosan körülbelül 10%-a. Az ökológiai piramis felső szintje által termelt anyagok és energia fogyasztásával összefüggő fordított áramlás az alacsonyabb szintjein, például az állatoktól a növényekig sokkal gyengébb - nem több, mint a teljes mennyiség 0,5%-a (akár 0,25%). áramlását, és ezért azt mondhatjuk, hogy a biocenózisban nem kell az energiaciklusról beszélni.

Ha az energia az átmenet során több magas szint Az ökológiai piramis tízszeresére csökken, akkor számos anyag, köztük a mérgező és radioaktív anyagok felhalmozódása megközelítőleg ugyanilyen arányban növekszik. Ezt a tényt a biológiai fokozás szabálya rögzíti. Ez minden cenózisra igaz. A vízi biocenózisokban számos mérgező anyag, köztük a szerves klórtartalmú peszticidek felhalmozódása korrelál a zsírok (lipidek) tömegével, pl. egyértelműen energetikai alapja van.

Ökológiai piramisok

Az élőlények közötti kapcsolatok vizualizálása különféle típusok A biocenózisban ökológiai piramisokat szokás használni, megkülönböztetve a számok, a biomassza és az energia piramisait.

Az ökológiai piramisok közül a leghíresebb és leggyakrabban használt:

§ Számpiramis

§ Biomassza piramis

Számpiramis. A populációs piramis felépítéséhez meg kell számolni az élőlények számát egy adott területen, csoportosítva őket trófiai szintek szerint:

§ termelők - zöld növények;

§ elsődleges fogyasztói a növényevők;

§ másodlagos fogyasztók - húsevők;

§ harmadlagos fogyasztók - húsevők;

§ ga-e fogyasztók („végső ragadozók”) – húsevők;

§ bontók - destruktorok.

Mindegyik szintet hagyományosan téglalapként ábrázolják, amelynek hossza vagy területe megfelel az egyedek számának számértékének. Ezeket a téglalapokat alárendelt sorrendbe rendezve egy ökológiai számpiramist kapunk (3. ábra), amelynek alapelvét először C. Elton Nikolaikin amerikai ökológus N. I. Ökológia: Tankönyv fogalmazta meg. egyetemeknek / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. kiadás, sztereotípia. - M.: Túzok, 2004..

Rizs. 3. Ökológiai piramis kalászosokkal benőtt rét számai: számok - egyedszám

A populációs piramisokra vonatkozó adatok meglehetősen könnyen beszerezhetők közvetlen mintagyűjtéssel, de vannak nehézségek:

§ A termelők mérete nagyon eltérő, bár egy fű- vagy algapéldány ugyanolyan státuszú, mint egy fa. Ez néha megsérti a helyes piramis alakot, néha még fordított piramisokat is ad (4. ábra) Uo.;

Rizs.

§ A különböző fajok számának tartománya olyan széles, hogy grafikus ábrázolásnál megnehezíti a skála megtartását, de ilyenkor logaritmikus skála használható.

Biomassza piramis. A biomassza ökológiai piramisa a számpiramishoz hasonlóan épül fel. Fő jelentése az élő anyag mennyiségének (biomassza - az élőlények össztömege) megjelenítése az egyes trofikus szinteken. Ezzel elkerülhetők a népesedési piramisokra jellemző kellemetlenségek. Ebben az esetben a téglalapok mérete arányos a megfelelő szintű élőanyag tömegével, egységnyi területre vagy térfogatra (5. ábra, a, b) Nikolaikin N. I. Ökológia: Tankönyv. egyetemeknek / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. kiadás, sztereotípia. - M.: Bustard, 2004.. A „biomassza piramis” kifejezés abból adódott, hogy az esetek túlnyomó többségében a termelők rovására élő elsődleges fogyasztók tömege lényegesen kisebb, mint ezeknek a termelőknek a tömege, és a A másodlagos fogyasztók tömege lényegesen kisebb, mint az elsődleges fogyasztók tömege. A destruktorok biomasszáját általában külön mutatják be.

Rizs. 5. Egy korallzátony (a) és a La Manche csatorna (b) biocenózisainak biomassza piramisai: számok - biomassza gramm szárazanyag per 1 m 2

A mintavételkor meghatározzák az álló biomasszát vagy az álló hozamot (pl. Ebben a pillanatban idő), amely nem tartalmaz információt a biomassza képződésének vagy felhasználásának mértékéről.

Létrehozási sebesség szerves anyag nem határozza meg teljes tartalékait, i.e. az összes élőlény teljes biomasszája az egyes trofikus szinteken. Ezért a további elemzés során hibák léphetnek fel, ha a következőket nem veszik figyelembe:

* először is, ha a biomassza-felhasználás (fogyasztás miatti veszteség) és képződésének mértéke megegyezik, akkor az álló termés nem mutat termőképességet, pl. az egyik trofikus szintről a másikra, magasabbra egy bizonyos idő (például egy év) alatt áthaladó energia és anyag mennyiségéről. Így egy termékeny, intenzíven használt legelőn az állófű termése kisebb lehet, de a termőképesség nagyobb, mint a kevésbé termékeny, de legeltetésre keveset használton;

* másodszor, a kistermelőket, mint például az algákat, magas növekedési és szaporodási ütem jellemzi, amelyet más szervezetek intenzív táplálékként történő fogyasztása és a természetes elhalálozás ellensúlyoz. Ezért termőképességük nem lehet kisebb, mint a nagytermelőké (például fák), bár az álló biomassza kicsi lehet. Más szóval, a fával azonos termőképességű fitoplanktonnak sokkal kevesebb lesz a biomasszája, bár az azonos tömegű állatok életét is fenntarthatná.

Ennek egyik következménye a „fordított piramisok” (3. ábra, b). A tavak és tengerek biocenózisaiban található zooplanktonok biomasszája leggyakrabban nagyobb, mint táplálékuk - a fitoplankton, de a zöld algák szaporodási sebessége olyan magas, hogy 24 órán belül visszaállítja a zooplankton által elfogyasztott összes biomasszát. Ennek ellenére az év bizonyos időszakaiban (tavaszi virágzás idején) megfigyelhető a biomasszájuk szokásos aránya (6. ábra) Nikolaikin N.I. Ökológia: Tankönyv. egyetemeknek / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. kiadás, sztereotípia. - M.: Túzok, 2004..

Rizs. 6. A tó biomassza piramisainak szezonális változásai (az egyik olaszországi tó példájával): számok - biomassza gramm szárazanyag per 1 m3

Az alábbiakban tárgyalt energiapiramisok mentesek a látszólagos anomáliáktól.

Energiák piramisa. A különböző trofikus szintű élőlények közötti kapcsolatok tükrözésének legalapvetőbb módja és funkcionális szervezet A biocenoses egy energiák piramisa, amelyben a téglalapok mérete arányos az időegységre eső energiaegyenértékkel, azaz. az az energiamennyiség (területegységre vagy térfogatra vetítve), amely egy adott periódus alatt egy bizonyos trofikus szinten áthaladt (7. ábra) Uo. Az energiapiramis alapjához még egy téglalap alulról ésszerűen hozzáadható, ami tükrözi a napenergia áramlása.

Az energiapiramis tükrözi a tápláléktömeg élelmiszer- (trofikus) láncon való áthaladásának dinamikáját, ami alapvetően megkülönbözteti a rendszer statikáját (az élőlények számát egy adott pillanatban) tükröző szám- és biomassza piramisoktól. Ennek a piramisnak az alakját nem befolyásolják az egyedek méretének és anyagcsere sebességének változásai. Ha minden energiaforrást figyelembe veszünk, akkor a piramis mindig tipikus megjelenésű lesz (felfelé mutató piramis formájában), a termodinamika második főtétele szerint.

Rizs. 7. Energiapiramis: számok - energia mennyisége, kJ * m -2 * r -1

Az energiapiramisok nemcsak a különböző biocenózisok összehasonlítását teszik lehetővé, hanem az egy közösségen belüli populációk relatív fontosságának azonosítását is. Az ökológiai piramisok három típusa közül ezek a leghasznosabbak, de a megépítésükhöz szükséges adatokat a legnehezebb megszerezni.

Az egyik legsikeresebb és szemléltető példák A klasszikus ökológiai piramisok az ábrán látható piramisok. 8 Nikolaikin N.I. Ökológia: Tankönyv. egyetemeknek / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. kiadás, sztereotípia. - M.: Bustard, 2004. Odum amerikai ökológus által javasolt feltételes biocenózist illusztrálják. A "biocenózis" egy fiúból áll, aki csak borjúhúst eszik, és a borjakból, akik csak lucernát esznek.

Rizs.

Szabály 1% Ökológia. Előadás tanfolyam. Összeállította: Ph.D., egyetemi docens A.I. Tikhonov, 2002. Pasteur pontjai, akárcsak R. Lindemann energiapiramis törvénye, adták az okot az egy és a tíz százalék szabályainak megfogalmazására. Természetesen 1 és 10 hozzávetőleges számok: körülbelül 1 és körülbelül 10.

"Mágikus szám" 1% az energiafogyasztási lehetőségek és a környezet stabilizálásához szükséges „kapacitás” arányából adódik. A bioszféra esetében a lehetséges fogyasztás aránya a teljes elsődleges termelésből nem haladja meg az 1%-ot (ami R. Lindemann törvényéből következik: az energetikai értelemben vett nettó elsődleges termelés kb. 1%-át a gerincesek, mint magasabb rendű fogyasztók, kb. 10%-át fogyasztják el. gerinctelenek, mint alacsonyabb rendűek fogyasztói, a fennmaradó rész pedig baktériumok és szaprofág gombák). Amint az emberiség, a múlt és évszázadaink határán, elkezdte használni nagy mennyiség a bioszféra termelése (most legalább 10%), így a Le Chatelier-Brown elv már nem teljesült (nyilván a bioszféra összenergiájának kb. 0,5%-ától): a növényzet nem produkált biomassza növekedést a 2010. évi XXI. a CO 2 koncentráció növekedése stb. (a növények által megkötött szén mennyiségének növekedését csak a múlt században figyelték meg).

Tapasztalatilag kellően felismerhető az anyagmennyiség 5-10%-os fogyasztási küszöbe, amely a természet rendszereiben észrevehető változásokhoz vezet, amikor áthalad rajta. Főleg empirikus-intuitív szinten fogadták el, anélkül, hogy különbséget tennének ezekben a rendszerekben az ellenőrzés formái és jellege között. Nagyjából meg lehet osztani a kialakuló átmeneteket a természetes rendszerekben egyrészt az organizmus és konzorcium típusú gazdálkodással, másrészt a populációs rendszerekkel. Az előbbiek esetében a minket érdeklő értékek a stacionárius állapotból való kilépés küszöbértéke az energiaáramlás 1%-áig (felhasználási „norma”) és az önmegsemmisítés küszöbértéke – ennek körülbelül 10%-a. norma". A népesedési rendszerek esetében a kivonás volumenének átlagosan 10%-ának túllépése ezeknek a rendszereknek az álló állapotból való kilépéséhez vezet.

Ökológiai piramisok létrehozásának három módja van:

1. A populációs piramis az ökoszisztéma különböző trofikus szintjein lévő egyedek számszerű arányát tükrözi. Ha az azonos vagy különböző trofikus szinteken belüli élőlények mérete nagymértékben különbözik, akkor a populációs piramis torz képet ad a trofikus szintek közötti valódi kapcsolatokról. Például egy plankton közösségben a termelők száma tízszer és százszor nagyobb, mint a fogyasztók száma, és egy erdőben fogyasztók százezrei táplálkozhatnak egy fa - a termelő - szerveiből.

2. A biomassza piramis az élő anyag vagy biomassza mennyiségét mutatja az egyes trofikus szinteken. A legtöbb szárazföldi ökoszisztémában a termelők biomassza, azaz a növények össztömege a legnagyobb, és az élőlények biomasszája minden következő trofikus szinten kisebb, mint az előző. Egyes közösségekben azonban az elsőrendű fogyasztók biomasszája nagyobb, mint a termelőké. Például az óceánokban, ahol a fő termelők a nagy szaporodási rátával rendelkező egysejtű algák, éves termelésük tízszer, sőt százszor is meghaladhatja a biomassza tartalékot. Ugyanakkor az algák által képződött összes termék olyan gyorsan bekapcsolódik a táplálékláncba, hogy az algák biomassza felhalmozódása kicsi, de a nagy szaporodási ráta miatt kis algakészlet is elegendő ahhoz, hogy fenntartsa az algák újjáépülésének ütemét. szerves anyag. Ebből a szempontból az óceánban a biomassza piramisa fordított összefüggésben van, azaz „fordított”. Magasabb trofikus szinteken a biomassza felhalmozódási tendencia érvényesül, mivel a ragadozók élettartama hosszú, generációik forgalmi rátája éppen ellenkezőleg kicsi, és a táplálékláncba kerülő anyag jelentős része visszamarad bennük. test.

3. Az energiapiramis az áramkörben áramló energia mennyiségét tükrözi. Ennek a piramisnak az alakját nem befolyásolja az egyedek mérete, és mindig háromszög alakú lesz, alján széles alappal, amint azt a termodinamika második főtétele diktálja. Ezért az energiapiramis adja a legteljesebb és legpontosabb képet egy közösség funkcionális szerveződéséről anyagcsere folyamatok az ökoszisztémában. Ha a szám- és biomassza piramisok az ökoszisztéma statikáját (az élőlények számát és biomasszáját egy adott pillanatban) tükrözik, akkor az energiapiramis a tápláléktömeg táplálékláncokon való áthaladásának dinamikáját tükrözi. Így a szám- és biomassza piramisok alapja nagyobb vagy kisebb lehet, mint az azt követő trofikus szintek (a termelők és fogyasztók arányától függően a különböző ökoszisztémákban). Az energiapiramis mindig a csúcs felé szűkül. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a légzésre fordított energia nem kerül át a következő trofikus szintre, és elhagyja az ökoszisztémát. Ezért minden következő szint mindig kisebb lesz, mint az előző. A szárazföldi ökoszisztémákban a rendelkezésre álló energia mennyiségének csökkenése általában az egyedek abundanciájának és biomasszájának csökkenésével jár az egyes trofikus szinteken. Az ilyenek miatt nagy veszteségek energia az új szövetek felépítéséhez és az élőlények légzéséhez, a táplálékláncok nem lehetnek hosszúak; általában 3-5 egységből állnak (trofikus szintek).

Az ökoszisztéma termelékenységének törvényszerűségeinek ismerete és az energiaáramlás mennyiségi számbavételének képessége nagy gyakorlati jelentőséggel bír, mivel a természetes és mesterséges közösségek (agroienoses) termelése jelenti az emberiség élelmiszer-ellátásának fő forrását. Pontos számítások az energiaáramlás és az ökoszisztémák termelékenységének mértéke lehetővé teszi a bennük lévő anyagok körforgásának oly módon történő szabályozását, hogy az ember számára szükséges termékek legnagyobb hozamát érjük el.

Az utódlás és fajtáik.

Azt a folyamatot, amelynek során a növény- és állatfajok közösségeit idővel más, általában összetettebb közösségek váltják fel, az ún. ökológiai szukcesszió, vagy egyszerűen utódlás.

Az ökológiai szukcesszió általában addig tart, amíg a közösség stabillá és önfenntartóvá nem válik. Az ökológusok az ökológiai szukcesszió két típusát különböztetik meg: elsődleges és másodlagos.

Elsődleges utódlás a közösségek következetes fejlesztése a talajhiányos területeken.

1. szakasz – élettől mentes hely kialakulása;

2. szakasz – az első növényi és állati szervezetek megtelepedése ezen a helyen;

3. szakasz – élőlények megtelepedése;

4. szakasz – a fajok versengése és kiszorítása;

5. szakasz – élőhely átalakítása élőlények által, a feltételek és kapcsolatok fokozatos stabilizálása.

Széles híres példa elsődleges szukcesszió a megszilárdult láva megszilárdulása vulkánkitörés után, vagy a teljes talajszelvényt elpusztító lavina utáni lejtő, külszíni bányászat területei, amelyekről a talaj felső rétegét eltávolították stb. Az ilyen kopár területeken az elsődleges szukcesszió a csupasz sziklától az érett erdőig több száz és több ezer évig is eltarthat.

Másodlagos utódlás- közösségek következetes fejlesztése olyan területen, ahol a természetes növényzet megszűnt vagy erősen megzavart, de a talaj nem pusztult el. A másodlagos szukcesszió egy elpusztult biocenózis (tűz utáni erdő) helyén kezdődik. Az utódlás gyorsan megtörténik, mert a magvak és a táplálékkapcsolatok részei megmaradnak a talajban, és biocenózis alakul ki. Ha figyelembe vesszük a mezőgazdaságban nem használt felhagyott területek szukcesszióját, akkor azt láthatjuk, hogy az egykori szántóföldeket gyorsan beborítják különféle egynyári növények. A fafajok magvai: fenyő, lucfenyő, nyír, nyárfa is eljuthat ide, néha szél vagy állatok segítségével nagy távolságokat is leküzdve. Kezdetben a változások gyorsan mennek végbe. Aztán a lassabban növekvő növények megjelenésével a szukcesszió aránya csökken. A nyírfacsemeték sűrű, a talajt árnyékoló növekedést hoznak létre, és ha a lucfenyő magja a nyírrel együtt csírázik is, a nagyon kedvezőtlen körülmények közé kerülő csemeték messze elmaradnak a nyírfétől. A nyírt az „erdő úttörőjének” nevezik, mivel szinte mindig elsőként telepszik meg a bolygatott területeken, és sokféle alkalmazkodóképességgel rendelkezik. A nyírfák 2-3 éves korukban elérhetik a 100-120 cm-t, míg a fenyők ekkora már alig érik el a 10 cm-t. Az első stádiumban májusi bogarak és nyírmolyok telepednek meg, majd számos madár jelenik meg: pintyek, poszáták, poszáták. Megtelepednek a kisemlősök: cickányok, vakondok, sündisznók. A változó fényviszonyok jótékony hatást gyakorolnak a fiatal karácsonyfákra, amelyek felgyorsítják növekedésüket.

A szukcesszió stabil szakaszát, amikor a közösség (biocenózis) teljesen kialakult és egyensúlyban van a környezettel, ún. változás kora A csúcsközösség önszabályozásra képes, és hosszú ideig egyensúlyi állapotban tud maradni.

Így jön létre a szukcesszió, amelyben először nyírfa, majd vegyes luc-nyír erdő váltja fel a tiszta lucfenyőt. A nyírerdő lucfenyővel való helyettesítésének természetes folyamata több mint 100 évig tart. Ezért nevezik az utódlás folyamatát néha szekuláris változásnak.

18. Az élő anyag funkciói a bioszférában. Élő anyag - Ez az élő szervezetek összessége (a Föld biomasszája). Ez egy nyitott rendszer, amelyet növekedés, szaporodás, eloszlás, anyagok és energia cseréje a külső környezettel, energia felhalmozódása és átvitele a táplálékláncokban jellemez. Az élő anyag 5 funkciót lát el:

1. Energia (elnyelő képesség napenergia kémiai kötések energiájává alakítja és táplálékláncokon keresztül továbbítja)

2. Gáz (állandó tartás képessége gázösszetétel bioszféra a légzés és a fotoszintézis egyensúlyának eredményeként)

3. Koncentráció (az élő szervezetek azon képessége, hogy testükben felhalmozzák a környezet bizonyos elemeit, aminek következtében az elemek újraeloszlása és ásványi anyagok képződése következett be)

4. Redox (az elemek oxidációs állapotának megváltoztatásának képessége és a vegyületek sokféleségének létrehozása a természetben az élet sokféleségének támogatása érdekében)

5. Pusztító (az elhalt szerves anyagok lebontásának képessége, aminek következtében az anyagok körforgása következik be)

A bioszférában élő anyag vízfunkciója a biogén vízkörforgáshoz kapcsolódik, amely fontos a bolygó vízkörforgásában.

A fenti funkciókat ellátva, élő anyag alkalmazkodik környezetés a biológiai (és ha személyről beszélünk, akkor társadalmi) szükségleteihez igazítja. Ebben az esetben az élő anyag és környezete egységes egészként fejlődik, de a környezet állapota feletti ellenőrzést az élő szervezetek gyakorolják.

Ökológiai piramisok.

A trópusi láncok elméletileg tartalmazhatnak nagyszámú linkek, de gyakorlatilag nem haladják meg az 5-6 hivatkozást, mivel az akció eredményeként termodinamika második főtétele az energia gyorsan elszáll.

A termodinamika második főtétele a növekedés törvényeként is ismert entrópia(Görög entrópia fordulat, átalakulás). E törvény szerint az energiát nem lehet létrehozni vagy elpusztítani – egyik rendszerből a másikba kerül, és egyik formából a másikba alakul át.

A trófikus láncokban a tápláléklánc alapjául szolgáló növényi anyagok mennyisége körülbelül 10-szer nagyobb, mint a növényevő állatok tömege, és minden következő táplálékszint is 10-szer kisebb. Ezt a mintát 10%-os szabálynak nevezik: átlagosan az előző szintről kapott energia legfeljebb 1/10-e kerül át a következő trofikus szintre. Ezért, ha a napenergia körülbelül egy százaléka halmozódik fel a növényekben, akkor például a 4. trofikus szinten részesedése csak 0,001%.

Trópusi láncok nagyon képviselik instabil rendszerek , mivel bármely láncszem véletlen elvesztése az egész láncot tönkreteszi. A természet fenntarthatósága közösségeket összetett elágazó sokfajok jelenléte biztosítja trofikus hálózatok . Az ilyen hálózatokban, amikor bármely kapcsolat kiesik, az energia megkerülő utakon kezd mozogni. Hogyan több fajta biogeocenosisban annál megbízhatóbb és stabilabb.

Az ökoszisztémák táplálékláncaiban az energiaátviteli együttható szintről szintre való nagyságának megjelenítésére többféle ökológiai piramist használnak.

Ökológiai piramis -grafikus (vagy diagrammatikus) ábrázolása a szerves anyag vagy az energia térfogata közötti kapcsolatnak a szomszédos szinteken belül trofikus lánc .

A piramis grafikus modelljét 1927-ben dolgozta ki egy amerikai zoológus Charles Elton.

A piramis alapja az első trófikus szint - a termelők szintje, a piramis következő „szintjeit” pedig a következő szintek - különféle megrendelések fogyasztói - alkotják. Az összes blokk magassága azonos, a hossza pedig arányos a számmal, a biomasszával vagy az energiával a megfelelő szinten. Ökológiai piramisok építésének három módja van

Az ökológiai piramisok leggyakoribb típusai a következők:

Elton számpiramisai;

Biomassza piramisok;

Az energia piramisai.

Lindemann elve. Lindeman amerikai ökológus 1942-ben kiterjedt empirikus anyag általánosítása alapján megfogalmazta a biokémiai energia ökoszisztémákban való átalakulásának elvét, amelyet a környezetvédelmi szakirodalomban emlegettek. törvény 10%.

Lindemann elve - az energiák piramisának törvénye (10 százalék törvénye), mely szerint az ökológiai piramis előző szintjén kapott energiának átlagosan mintegy 10%-a jut át az egyik trofikus szintről a táplálékláncokon keresztül egy másik trofikus szintre. A maradék energia elveszik, mint hősugárzás, mozgásról stb. Az anyagcsere-folyamatok eredményeként az élőlények a tápláléklánc minden egyes láncszemében az összes energia mintegy 90%-át elvesztik, amelyet létfontosságú funkcióik fenntartására fordítanak.

Elton számpiramisai formában jelennek meg átlagos egyedszám , amely a következő trofikus szinteken elhelyezkedő szervezetek táplálkozásához szükséges.

Számpiramis(bőség) az egyes szervezetek számát tükrözi az egyes szinteken (35. ábra).

Például egy farkas etetéséhez legalább több nyúlra van szüksége, hogy vadászhasson; E nyulak etetéséhez meglehetősen sokféle növényre van szükség.

Például, az élelmiszerlánc képviseletére:

TÖLGYLEVÉL – HERNYÓ – CINEG

Az egy cinege (harmadik szint) számpiramisa a hernyók számát (második szint) ábrázolja, amelyeket egy bizonyos idő alatt, például egy fényes napon megeszik. A piramis első szintjén annyi tölgyfalevél van ábrázolva, amennyi a piramis második szintjén látható hernyók táplálásához szükséges.

Biomassza és energia piramisai fejezze ki a biomassza vagy az energia mennyiségének arányait az egyes trofikus szinteken.

A biomassza piramis a szerves anyagok száraz tömegének mérési eredményeinek megjelenítésén alapszik minden szinten, az energiapiramis pedig az alatta lévőről a felső szintre átvitt biokémiai energia számításán alapul. A biomassza- (vagy energia-) piramisgráfon ezek a szintek egyenlő magasságú téglalapokként vannak ábrázolva, amelyek szélessége arányos a vizsgált trofikus lánc minden következő (fedő) szintjére átvitt biomassza mennyiségével.

FŰ (809) – HERBIVORES (37) – CARNIVORES-1 (11) – CARNIVORES-2 (1,5),

ahol a száraz biomassza értékei (g/nm) zárójelben vannak feltüntetve.

2. Biomassza piramis – a különböző trofikus szintű élőlények tömegeinek aránya. A szárazföldi biocenózisokban a termelők össztömege általában nagyobb, mint minden egyes következő kapcsolat. Az elsőrendű fogyasztók össztömege viszont nagyobb, mint a másodrendű fogyasztóké stb. Ha az élőlények mérete nem tér el túlságosan, akkor a grafikon általában egy lépcsős, elvékonyodó csúcsú piramist eredményez. Tehát 1 kg marhahús előállításához 70-90 kg friss fűre van szükség.

A vízi ökoszisztémákban a biomassza fordított, vagy fordított piramisát is kaphatjuk, amikor a termelők biomasszája kisebb, mint a fogyasztóké, és néha a lebontóké. Például az óceánban a fitoplankton meglehetősen magas termelékenysége mellett a teljes tömege egy adott pillanatban kisebb lehet, mint a fogyasztói fogyasztóké (bálnák, nagy halak, kagylófélék)

A számok és a biomassza piramisai tükrözik statikus rendszerek, azaz az élőlények számát vagy biomasszáját egy bizonyos időtartamon belül jellemzik. Nem adnak teljes körű információt egy ökoszisztéma trofikus szerkezetéről, bár számos gyakorlati probléma megoldását teszik lehetővé, különösen az ökoszisztémák fenntarthatóságának megőrzésével kapcsolatban.

A számok piramisa lehetővé teszi például a vadászati idényben a halfogás vagy az állatok kilövésének megengedett mennyiségének kiszámítását anélkül, hogy a normál szaporodásukra nézve következményekkel járna.

3. Energia piramis tükrözi az energiaáramlás mennyiségét, az élelmiszertömegnek a táplálékláncon való áthaladásának sebességét. A biocenózis szerkezetét nem a rögzített energia mennyisége befolyásolja nagyobb mértékben, hanem élelmiszertermelés üteme (37. ábra).

Megállapítást nyert, hogy a következő trofikus szintre átvitt energia maximális mennyisége esetenként az előző 30%-a is lehet, és ez legjobb forgatókönyv. Számos biocenózisban és táplálékláncban az átvitt energia mennyisége csak 1%.

Rizs. 37. Energiapiramis: energiaáramlás a legeltetési táplálékláncon keresztül (minden adat kilojoule per méter, az év négyzetére vetítve)

Megjegyzendő, hogy az ökológiai piramisok a Lindemann-elvet világosan szemléltetik, és segítségükkel tükrözik az ökoszisztémák energiafolyamatainak egy lényeges jellemzőjét, nevezetesen: az energia viszonylag kis hányada (átlagosan körülbelül egytizede) miatt a következő szintre kerül át, nagyon kevés energia marad az ökoszisztémában, a többi pedig visszatér a geoszférába. Így egy 4 szintű trofikus láncnál a biokémiai energiának csak tízezrede marad az ökoszisztémában. Az ökoszisztémában visszamaradó energia elhanyagolható hányada megmagyarázza, hogy a valódi természetes ökoszisztémákban a trofikus láncok nem haladják meg az 5-6 szintet.

Ökológiai piramisok

A funkcionális kapcsolatok, azaz a trofikus szerkezet grafikusan ábrázolható, ún. ökológiai piramisok. A piramis alapja a termelők szintje, az ezt követő táplálkozási szintek pedig a piramis padlóit és tetejét alkotják. Az ökológiai piramisoknak három fő típusa van: 1) számpiramis, amely tükrözi az élőlények számát az egyes szinteken (Elton piramisa); 2) biomassza piramis, az élőanyag tömegét jellemzi - teljes száraz tömeg, kalóriatartalom stb.; 3) termék piramis(vagy energia), univerzális jellegű, és változást mutat az elsődleges termelésben (vagy energia) egymást követő trofikus szinteken.

A számpiramis egy Elton által felfedezett világos mintázatot mutat: folyamatosan csökken azoknak az egyéneknek a száma, akik a termelőktől a fogyasztókig tartó kapcsolatok sorozatát alkotják (5. ábra). Ez a minta egyrészt azon a tényen alapul, hogy a tömeg kiegyensúlyozása érdekében nagy test sok kis testre van szükség; másodszor, az alacsonyabb trofikus szintekről bizonyos mennyiségű energia vész el (minden szintről csak az energia 10%-a éri el az előző szintet), harmadszor pedig fordított összefüggés áll fenn az anyagcsere és az egyedek mérete között (minél kisebb a szervezet, minél intenzívebb az anyagcsere, annál nagyobb a számuk és a biomassza növekedési üteme).

Rizs. 5. Elton piramisának egyszerűsített diagramja

A populációs piramisok alakja azonban nagyon eltérő lesz a különböző ökoszisztémákban, ezért jobb a számokat táblázatos formában, de a biomasszát grafikus formában megjeleníteni. Egyértelműen jelzi az összes élő anyag mennyiségét egy adott trofikus szinten, például területegységenkénti tömegegységben - g/m2 vagy térfogatban - g/m3 stb.

A szárazföldi ökoszisztémákban hat következő szabály biomassza piramisok: a növények össztömege meghaladja az összes növényevő tömegét, tömegük pedig a ragadozók teljes biomasszáját. Ezt a szabályt betartják, és a teljes lánc biomasszája a nettó termelés értékének változásával változik, amelynek éves növekedésének az ökoszisztéma biomasszához viszonyított aránya kicsi, és a különböző földrajzi övezetek erdőiben 2-6 között változik. %. És csak a réteken növénytársulások elérheti a 40-55%-ot, és bizonyos esetekben, félsivatagokban - 70-75%-ot. ábrán. A 6. ábra egyes biocenózisok biomassza piramisait mutatja be. Amint az ábrán látható, az óceán esetében a biomassza piramis fenti szabálya érvénytelen - fordított (fordított) megjelenésű.

Rizs. 6. Egyes biocenózisok biomassza piramisai: P - termelők; RK - növényevő fogyasztók; PC - húsevő fogyasztók; F – fitoplankton; Z - zooplankton

Az óceáni ökoszisztémát az a tendencia jellemzi, hogy a biomassza nagy mennyiségben halmozódik fel a ragadozók körében. A ragadozók sokáig élnek, nemzedékeik forgalmi rátája alacsony, de a termelőknél - fitoplankton algáknál - a forgalom százszorosa is lehet a biomassza tartaléknak. Ez azt jelenti, hogy a nettó termelésük itt is meghaladja a fogyasztók által felvett termelést, azaz több energia halad át a termelői szinten, mint az összes fogyasztón.

Ezért egyértelmű, hogy a trofikus kapcsolatok ökoszisztémára gyakorolt hatásának még tökéletesebb tükröződése legyen a termék (vagy energia) piramis szabálya: minden előző trofikus szinten az egységnyi idő (vagy energia) alatt keletkező biomassza mennyisége nagyobb, mint a következőn.

A trópusi vagy táplálékláncokat piramis alakban ábrázolhatjuk. Numerikus érték egy ilyen piramis minden lépése kifejezhető az egyedek számával, biomasszájával vagy a benne felhalmozott energiával.

Vminek megfelelően R. Lindemann energiák piramisának törvénye és a tíz százalék szabálya, minden szakaszból az energia vagy az anyag körülbelül 10%-a (7-17%) jut át a következő szakaszba (7. ábra). Vegyük észre, hogy minden következő szinten az energia mennyiségének csökkenésével a minősége növekszik, i.e. az egységnyi állati biomasszára jutó munkavégzési képesség ennek megfelelő számú alkalommal nagyobb, mint az azonos mennyiségű növényi biomassza.

Feltűnő példa a nyílt tenger tápláléklánca, amelyet planktonok és bálnák képviselnek. A plankton tömege eloszlik az óceán vizében, és ha a nyílt tenger bioproduktivitása kisebb, mint 0,5 g/m 2 nap -1, a potenciális energia mennyisége köbméter Az óceán vize végtelenül kicsi egy bálna energiájához képest, tömege elérheti a több száz tonnát is. Mint tudod, a bálnaolaj az magas kalóriatartalmú termék, amit még világításra is használtak.

Az utolsó ábra szerint van megfogalmazva egy százalékos szabály: a bioszféra egészének stabilitása érdekében a nettó elsődleges termelés lehetséges végső felhasználásának energiaértékben kifejezett részaránya nem haladhatja meg az 1%-ot.

7. ábra. Az energiaátvitel piramisa a tápláléklánc mentén (Yu. Odum szerint)

Hasonló sorrend figyelhető meg a szerves anyagok elpusztításában is: a tiszta primer termelés energiájának körülbelül 90%-át a mikroorganizmusok és gombák, kevesebb mint 10%-át a gerinctelen állatok és kevesebb, mint 1%-át a gerinces állatok bocsátják ki, amelyek a végső vásárlók.

Végső soron a piramisok mindhárom szabálya tükrözi az energiaviszonyokat az ökoszisztémában, és a termékek piramisa (energia) univerzális jellegű.

A természetben, stabil rendszerekben a biomassza kismértékben változik, vagyis a természet hajlamos a teljes bruttó termelést felhasználni. Az ökoszisztéma energiájának és mennyiségi mutatóinak ismerete lehetővé teszi, hogy pontosan figyelembe vegyük annak lehetőségét, hogy bizonyos mennyiségű növényi és állati biomasszát eltávolítsunk a természetes ökoszisztémából anélkül, hogy ez aláásná annak termelékenységét.

Az ember meglehetősen sok terméket kap a természetes rendszerekből, azonban számára a fő táplálékforrás az Mezőgazdaság. Az agroökoszisztémák létrehozása után az ember arra törekszik, hogy minél több tiszta növényi terméket nyerjen, de a növényi tömeg felét növényevők, madarak stb. etetésére kell fordítania, a termékek jelentős része az iparba kerül, és hulladékba kerül. , azaz itt is elvész, körülbelül 90%-a tiszta termelés, és csak körülbelül 10%-a kerül felhasználásra közvetlenül emberi fogyasztásra.

A természetes ökoszisztémákban az energiaáramlások intenzitása és jellege is változik, de ezt a folyamatot a cselekvés szabályozza. környezeti tényezők, ami az ökoszisztéma egészének dinamikájában nyilvánul meg.

A táplálékláncra, mint az ökoszisztéma működésének alapjára támaszkodva meg lehet magyarázni bizonyos anyagok (például szintetikus mérgek) szövetekben történő felhalmozódását is, amelyek a táplálékláncon való mozgás során nem részt vesz a szervezet normál anyagcseréjében. Alapján biológiai fokozási szabályok Az ökológiai piramis magasabb szintjére lépve megközelítőleg tízszeresére nő a szennyezőanyag koncentrációja. Különösen a jelentéktelennek tűnő megnövekedett tartalom A trofikus lánc első szintjén lévő folyóvízben lévő radionuklidokat mikroorganizmusok és planktonok asszimilálják, majd a halak szöveteiben koncentrálódnak, és elérik a maximális értéket a sirályokban. Petékük radionuklidszintje 5000-szer magasabb, mint a háttérszennyezés.

Az ökoszisztémák típusai:

Az ökoszisztémáknak számos osztályozása létezik. Először is, az ökoszisztémák kettéválnak származási természeténél fogvaés természetes (mocsár, rét) és mesterséges (szántóföld, kert, űrhajó) részekre oszthatók.

Méret szerint Az ökoszisztémák a következőkre oszlanak:

1. mikroökoszisztémák (például törzs kidőlt fa vagy egy tisztás az erdőben)

2. mezoökoszisztémák (erdő vagy sztyeppei erdő)

3. makroökoszisztémák (tajga, tenger)

4. ökoszisztémák globális szinten (Föld bolygó)

Az energia a legkényelmesebb alap az ökoszisztémák osztályozására. Az ökoszisztémáknak négy alapvető típusa létezik energiaforrás típusa:

a Nap hajtja, rosszul támogatott
a Nap hajtja, más természetes források támogatják
a Nap hajtja és az ember támogatja
üzemanyag hajtja.

A legtöbb esetben két energiaforrás használható - a Nap és az üzemanyag.

Természetes ökoszisztémák, amelyeket a nap vezérel, kevés támogatással- ezek nyílt óceánok, magas hegyi erdők. Mindegyikük szinte kizárólag egy forrásból – a Napból – kap energiát, és alacsony a termelékenységük. Az éves energiafogyasztást körülbelül 10 3 -10 4 kcal-m 2 -re becsülik. Az ezekben az ökoszisztémákban élő szervezetek alkalmazkodnak a szűkös mennyiségű energiához és egyéb erőforrásokhoz, és hatékonyan használják fel azokat. Ezek az ökoszisztémák nagyon fontosak a bioszféra számára, mivel hatalmas területeket foglalnak el. Az óceán a Föld felszínének mintegy 70%-át borítja. Valójában ezek a fő életfenntartó rendszerek, mechanizmusok, amelyek stabilizálják és fenntartják a feltételeket a „ űrhajó" - Föld. Itt naponta hatalmas mennyiségű levegőt tisztítanak, a vizet visszavezetik a keringésbe, és éghajlati viszonyok, a hőmérsékletet fenntartják és egyéb életfenntartó funkciókat végeznek. Ezen túlmenően, egyes élelmiszereket és egyéb anyagokat emberi közreműködés nélkül állítanak elő itt. Szólni kell ezen ökoszisztémák esztétikai értékeiről is, amelyeket nem lehet figyelembe venni.

Természetes ökoszisztémák, amelyeket a Nap hajt, és más természetes források támogatnak, olyan ökoszisztémák, amelyek természetesen termékenyek, és többlet szerves anyagot termelnek, amely felhalmozódhat. Természetes energiatámogatást kapnak árapályból, szörfözésből, áramlatokból, a vízgyűjtő területéről esővel és széllel érkező szerves és ásványi anyagokból stb. származó energia formájában. Energiafelhasználásuk 1 * 10 4 és 4 * 10 4 kcal * m között mozog. - 2 *év -1 . A torkolat parti része, mint például a Néva-öböl - jó példa olyan ökoszisztémák, amelyek termékenyebbek, mint a szomszédos földterületek, amelyek ugyanannyi napenergiát kapnak. Az esőerdőkben is túlzott termékenység figyelhető meg.

A nap által vezérelt és az emberek által támogatott ökoszisztémák, szárazföldi és vízi agroökoszisztémák, amelyek nem csak a Naptól, hanem az embertől is kapnak energiát energiatámogatás formájában. Magas termelékenységüket izomenergia és tüzelőanyag-energia támogatja, amelyet termesztésre, öntözésre, trágyázásra, szelekcióra, feldolgozásra, szállításra stb. A kenyér, a kukorica és a burgonya „részben olajból készül”. A legtermékenyebb mezőgazdaság megközelítőleg ugyanannyi energiát kap, mint a második típusú legtermékenyebb természetes ökoszisztémák. Termelésük megközelítőleg eléri az 50 000 kcal*m -2 év -1 értéket. A különbség közöttük az, hogy az ember a lehető legtöbb energiát egy korlátozott típusú élelmiszer előállítására fordítja, míg a természet sok fajta között osztja el, és egy esős napra energiát halmoz fel, mintha különböző zsebekbe rakná. Ezt a stratégiát „sokszínűség a túlélésért stratégiának” nevezik.

Üzemanyag által vezérelt ipari-városi ökoszisztémák, az emberiség megkoronázása. Az ipari városokban az erősen koncentrált tüzelőanyag-energia nem kiegészíti, hanem helyettesíti a napenergiát. Az élelmiszert, a Nap által vezérelt rendszerek termékét kívülről hozzák be a városba. Ezen ökoszisztémák sajátossága a sűrűn lakott városi területek óriási energiaigénye – ez két-három nagyságrenddel nagyobb, mint az első három ökoszisztématípusban. Ha a nem támogatott ökoszisztémákban az energiabeáramlás 10 3 és 10 4 kcal*m -2 év -1, a második és harmadik típusú támogatott rendszerekben pedig 10 4 és 4*10 4 kcal*m -2 év -1 között van. , majd ben Az ipari nagyvárosokban az energiafogyasztás eléri a több millió kilokalóriát 1 m 2 -enként: New York -4,8 * 10 6, Tokió - 3 * 10 6, Moszkva - 10 6 kcal * m -2 év -1.

Az emberi energiafogyasztás a városban átlagosan több mint 80 millió kcal*év -1 ; táplálkozáshoz mindössze kb. 1 millió kcal*év -1, ezért minden más tevékenységhez ( háztartás, közlekedés, ipar stb.) az ember 80-szor több energiát költ, mint amennyi a szervezet élettani működéséhez szükséges. Természetesen a fejlődő országokban némileg más a helyzet.

Az egyes biogeocenózisokon belüli táplálékhálóknak jól meghatározott szerkezetük van.

Jellemzője az élőlények – biomassza – száma, mérete és össztömege a tápláléklánc minden szintjén. Legelőnek élelmiszerláncok népsűrűség, szaporodási ráta és biomassza termelékenységének növekedése jellemez.

Biomassza csökkenése az egyikről való váltáskor táplálkozási szint másrészt annak a ténynek köszönhető, hogy nem minden élelmiszert asszimilálnak a fogyasztók.

Például a levélevő hernyóban a növényi anyagnak csak a fele szívódik fel a bélben, a többi ürülék formájában ürül ki.

Ráadásul a legtöbb tápanyagok, amelyet a belek felszívnak, légzésre fordítják, és végül csak 10-15%-a kerül felhasználásra a hernyó új sejtjeinek és szöveteinek felépítésére. Emiatt az élőlények termelése minden egyes következő trofikus szinten mindig kisebb (átlagosan 10-szerese), mint az előző termelése, azaz a tápláléklánc minden következő láncszemének tömege fokozatosan csökken. Ezt a mintát az ökológiai piramis szabályának nevezik.

Ökológiai piramisok létrehozásának három módja van:

1. A populációs piramis az ökoszisztéma különböző trofikus szintjein lévő egyedek számszerű arányát tükrözi. Ha az azonos vagy különböző trofikus szinteken belüli élőlények mérete nagymértékben különbözik, akkor a populációs piramis torz képet ad a trofikus szintek közötti valódi kapcsolatokról. Például egy plankton közösségben a termelők száma tízszer és százszor nagyobb, mint a fogyasztók száma, és egy erdőben fogyasztók százezrei táplálkozhatnak egy fa - a termelő - szerveiből;
2. A biomassza piramis az élő anyag vagy biomassza mennyiségét mutatja az egyes trofikus szinteken. A legtöbb szárazföldi ökoszisztémában a termelők biomassza, azaz a növények össztömege a legnagyobb, és az élőlények biomasszája minden következő trofikus szinten kisebb, mint az előző. Egyes közösségekben azonban az elsőrendű fogyasztók biomasszája nagyobb, mint a termelőké. Például az óceánokban, ahol a fő termelők a nagy szaporodási rátával rendelkező egysejtű algák, éves termelésük tízszer, sőt százszor is meghaladhatja a biomassza tartalékot. Ugyanakkor az algák által képződött összes termék olyan gyorsan bekapcsolódik a táplálékláncba, hogy az algák biomassza felhalmozódása kicsi, de a nagy szaporodási ráta miatt kis algakészlet is elegendő ahhoz, hogy fenntartsa az algák újjáépülésének ütemét. szerves anyag. Ebben a tekintetben az óceánban a biomassza piramisa fordított összefüggésben van, azaz „fordított”. Magasabb trofikus szinteken a biomassza felhalmozódási tendencia dominál, mivel a ragadozók élettartama hosszú, generációinak forgalmi rátája éppen ellenkezőleg, alacsony, és a táplálékláncba kerülő anyag jelentős része visszamarad bennük. test;
3. Az energiapiramis az áramkörben áramló energia mennyiségét tükrözi. Ennek a piramisnak az alakját nem befolyásolja az egyedek mérete, és mindig háromszög alakú lesz, alján széles alappal, amint azt a termodinamika második főtétele diktálja. Ezért az energiapiramis adja a legteljesebb és legpontosabb képet a közösség funkcionális szerveződéséről, az ökoszisztémában zajló összes anyagcsere-folyamatról. Ha a szám- és biomassza piramisok az ökoszisztéma statikáját (az élőlények számát és biomasszáját egy adott pillanatban) tükrözik, akkor az energiapiramis a tápláléktömeg táplálékláncokon való áthaladásának dinamikáját tükrözi. Így a szám- és biomassza piramisok alapja nagyobb vagy kisebb lehet, mint az azt követő trofikus szintek (a termelők és fogyasztók arányától függően a különböző ökoszisztémákban). Az energiapiramis mindig a csúcs felé szűkül. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a légzésre fordított energia nem kerül át a következő trofikus szintre, és elhagyja az ökoszisztémát. Ezért minden következő szint mindig kisebb lesz, mint az előző. A szárazföldi ökoszisztémákban a rendelkezésre álló energia mennyiségének csökkenése általában az egyedek abundanciájának és biomasszájának csökkenésével jár az egyes trofikus szinteken. Az új szövetek felépítéséhez és az élőlények légzéséhez szükséges ilyen nagy energiaveszteségek miatt a táplálékláncok általában 3-5 láncszemből (trófikus szintből) állnak.