Экологические пирамиды

В трофической цепи только часть энергии расходуется на рост особей (накопление биомассы), остальная часть используется на дыхание, движение, размножение и пр. Биомасса предыдущего звена трофической цепи не может быть переработана полностью последующим звеном. Обычно чем больше масса начального звена, тем больше она и в последующих звеньях, но на каждом последующем трофическом уровне происходит уменьшение биомассы, числа особей и энергии.

Графически трофическую структуру экосистемы выражают с помощью экологических пирамид

Трофическую структуру можно измерить и выразить либо урожаем на корню (на единицу площади), либо количеством энергии, фиксируемой на единице площади за единицу времени на последовательных трофических уровнях.

Основанием экологической пирамиды служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. Экологические пирамиды подразделяются на три основных типа:

1. пирамида чисел характеризует численность отдельных организмов трофической цепи, при этом количество особей при переходе с одного трофического уровня на другой существенно уменьшается;

2. пирамида биомассы характеризует общую сухую массу, калорийность или другую меру общего количества живого вещества;

3. пирамида энергии показывающая величину потока энергии и «продуктивность» на последовательных трофических уровнях.

При переходе с одного трофического уровня на другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду поступает тепловая энергия, а количество энергии, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается. Процентное содержание энергии, используемой на наращивание биомассы, переходящей с одного трофического уровня на другой колеблется от 2 до 30% (по закону Линдемана в среднем 10%). Большая часть энергии теряется в окружающей среде как тепловая энергия низкого качества. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Экологические пирамиды наглядно изображают почему можно прокормить большее количество людей, если сократить пищевую цепь до прямого потребления зерновых (рис – человек), чем если в качестве пищи использовать животных, потребляющих зерно.

Пирамиды чисел. Для создания пирамиды чисел необходимо выполнить подсчет численности всех видов организмов, обнаруженных на каждом трофическом уровне. Например, миллион особей фитопланктона в небольшом пруду может прокормить 10 000 особей зоопланктона, которые в свою очередь прокормят 100 окуней, которых будет достаточно, чтобы прокормиться одному человеку в течение месяца (рис. 3.6).

Рис. 3.6 Пирамида чисел

Но для некоторых экосистем пирамиды численностей будут иметь другую форму. Например, в лесу небольшое количество больших деревьев, таких как секвойя вечнозеленая, снабжает пищей огромное количество небольших по размеру насекомых-фитофагов и птиц – консументов первого порядка.

Пирамида биомассы, характеризует массу живого вещества (на ед. площади или объема). На каждом трофическом уровне пищевой цепи сосредоточено определенное количество биомассы. В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

Для океана правило пирамиды биомасс недействительно – пирамида имеет перевернутый (обращенный) вид. Для экосистемы океана свойственно накаливание биомассы на высоких уровнях пищевой цепи, у хищников. Хищники живут долго, и скорость оборота их регенерации мала, но у продуцентов – фитопланктонных водорослей оборачиваемость в сотни раз превышает запас биомассы (рис.3.7.).

Рис. 3.7. Пирамида биомассы

Пирамиды чисел и биомассы могут быть обращёнными, (или частично обращёнными), т.е. основание может быть меньше, чем один или несколько верхних этажей. Так происходит когда средние размеры продуцентов меньше размеров консументов. Пирамида энергии наоборот к верху всегда будет сужаться, при условии, что мы учитываем все источники пищевой энергии в системе.