Пирамиды численности и биомассы

Круговорот веществ и однонаправленный поток энергии.

Биологическое вещество, производимое зелеными растениями и запасенная в нем энергия – источник жизни для всех слагающих сообщество видов. Передаваясь по цепям питания, и вещество и энергия претерпевают ряд превращений. Часть вещества может использоваться как материал для строительства тел организмов, другая, большая часть – используется как энергетический материал. Вследствие отмирания организмов биологическое вещество, в конечном счете, достается микроорганизмам, участвующим в превращении сложных органических соединений в простые, возвращении химических элементов в неживую природу, которые вновь используются растениями.

Строго измерить циркулирующее в экосистеме вещество можно, учитывая круговорот отдельных химических элементов, прежде всего тех, которые являются основным строительным материалом для цитоплазмы растительных и животных клеток. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в разделе о биосфере.

В отличие от веществ, которые непрерывно циркулируют в экосистеме и всегда могут вновь включаться в круговорот, энергия может быть использована только один раз. 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 зеленые растения (т. е. на продуценты), поглощается фотосинтетическими элементами, и лишь малая доля поглощенной энергии (до 1% в дубраве, многоярусном фитоценозе) запасается в виде биохимической энергии – энергии образованного растением органического вещества. Причем около 50% образованного органического вещества расходуется растениями при дыхании.

При перемещении энергии по пищевой цепи с одного уровня на другой величина ее потока (т. е. количество энергии, перешедшей с одного трофического уровня на другой в единицу времени) резко снижается в силу ряда причин. Часть заключенной в пище энергии вообще не усваивается и выводится из организма с экскрементами, часть идет на пластический обмен, построение клеток тела организма. Наконец, большая часть энергии, полученной с пищей, тратится на энергетический обмен – работу, которую выполняет животное, перемещаясь, охотясь, строя гнездо или производя иные действия, в результате чего выделяется тепло. Кроме того, далеко не все организмы данного трофического уровня будут съедены потенциальными хищниками и, следовательно, не вся энергия, запасенная в их тканях, перейдет на следующий трофический уровень.

Правило 10%. Потери энергии при переходе с одного трофического уровня 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. Поэтому общее число трофических уровней редко превышает три-четыре.

Пирамиды численности и биомассы.

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 ее организмов. Графически это можно изобразить в виде пирамиды (рис. 64). Такие пирамиды называют пирамидами биомассы и численности.

Когда растительность поедается консументами, большая часть съеденного органического вещества растений окисляется и служит источником энергии, меньшая часть является строительным материалом и идет на прирост или восстановление биомассы. Около 10% съеденной биомассы запасается в образованном органическом веществе консументов 1-го порядка. На прирост биомассы консументов 2-го порядка пойдет также около 10% от съеденной пищи.

Если взять на прирост биомассы 10% от съеденной пищи, то дельфин массой 50 кг съел 500 кг рыбы, которой понадобилось 5000 кг зоопланктона, а в основании этой экологической пирамиды будут находиться съеденные зоопланктоном 50000 кг фитопланктона. Это правило экологической пирамиды биомассы – биомасса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается – верно для большинства экосистем. Но в морских экосистемах биомасса каждого последующего уровня увеличивается, наблюдается перевернутая пирамида биомассы. Это связано с тем, что основным продуцентом является фитопланктон, водоросли, преобладающие в нем живут недолго, большая часть их выедается, но очень они очень быстро размножаются. Организмы каждого последующего уровня живут дольше и накапливают большую биомассу.

Пирамиды численности также могут быть перевернутыми, т. е. плотность организмов в данный конкретный момент времени на низком трофическом уровне может быть ниже, чем плотность организмов на высоком уровне. Например, на одном дереве может жить и кормиться множество насекомых (перевернутая пирамида численности).

Письменная работа с карточками на 10 мин:

1. В чем проявляется круговорот веществ и движение энергии в природе?

2. Как живые организмы используют вещества и энергию пищи?

3. В чем выражается правило пирамиды биомассы? Пирамида численности?

1. Формулировки законов, определения, или сущность понятий: 1. Круговорот веществ. 2. Однонаправленный поток энергии. 3. Количество энергии, которое переходит на следующий трофический уровень. 4. Пирамида биомассы сообщества. 5. Пирамида численности сообщества. 6. Перевернутая пирамида численности.

Карточка у доски:

1. В чем проявляется круговорот веществ?

2. Почему поток энергии является однонаправленным?

3. Как живые организмы используют вещества и энергию пищи?

4. В чем проявляется правило 10%?

5. Если съеденную биомассу первого трофического уровня принять за 100%, какой процент биомассы останется на четвертом трофическом уровне?

6. Каким образом выглядит пирамида биомассы в сообществе?

7. В каком сообществе пирамида биомассы перевернутая?

8. Как выглядит пирамида чисел в сообществе?

9. Приведите пример перевернутой пирамиды численности в сообществе.

Тестовое задание:

1. В форме химических связей образованного органического вещества дубрава аккумулирует:

1. 0,1% энергии солнечного света.

2. 1% энергии солнечного света.

3. 10% энергии солнечного света.

4. 50% энергии солнечного света.

2. Расходуется растениями в процессе дыхания:

1. 90% образованного органического вещества.

2. 50% образованного органического вещества.

3. 20% образованного органического вещества.

4. 10% образованного органического вещества.

3. Энергия солнечного света первоначально запасется в виде химических связей образованного органического вещества:

1. Редуцентов.

2. Консументов.

3. Продуцентов.

4. Гетеротрофов.

4. Переходит на следующий уровень пищевой цепи в форме прироста биомассы в среднем:

1. 100% биомассы съеденной пищи.

2. 50% биомассы съеденной пищи.

3. 10% биомассы съеденной пищи.

4. 1% биомассы съеденной пищи.

5. В экосистеме происходит:

1. Круговорот веществ и энергии.

2. Круговорот энергии.

3. Круговорот веществ.

4. Однонаправленный поток веществ и энергии.

6. Энергия солнечного света, преобразованная в энергию химических связей органического вещества:

1. Передается по цепям питания и рассеивается при дыхании на каждом пищевом уровне.

2. Происходит круговорот энергии в экосистеме.

3. Остается в форме образованного органического вещества.

4. Бесконечно передается по цепям питания.

7. Если съеденную биомассу первого трофического уровня принять за 100%, каков прирост биомассы ожидается на четвертом трофическом уровне?

1. 10%.

2. 1%.

3. 0,1%.

4. 0,01%.

8. Цепь питания: фитопланктон, зоопланктон, рыбы, дельфин. На прирост биомассы каждого уровня приходится 10% от съеденной пищи. Масса дельфина 50 кг, масса съеденного фитопланктона:

1. 500 кг.

2. 5 000 кг.

3. 50 000 кг.

4. 500 000 кг.

9. Биомасса консументов 2-го порядка больше биомассы консументов 1-го порядка, а биомасса консументов 1-го порядка больше чем биомасса продуцентов, «перевернутая» пирамида биомассы:

1. В тундре.

2. В тайге.

3. В морях.

4. Такого не может быть.

10. Масса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается. Это правило:

1. Пищевой цепи.

2. Пирамиды биомассы.

3. Пирамиды энергии.

4. Пищевых связей.