Экологические пирамиды

ЄКОЛОГИЧЕСКИЕ ПИРАМИДЫ 
 

План

1. Введение………………………………………………………………………...2

2. Пищевые цепи..……………………………………………………....…………3

3. Экологическая пирамида……………………………………………………....4

   3.1. Пирамида численности…………………………………………………..5

   3.2. Пирамида биомассы……………………………………………………...5

   3.3. Пирамида энергии..………………………………………………………6

4. Правило экологической  пирамиды и цепь питания………………….………8

5. Заключение……………………………………………………………………...9

6. Список литературы. ………………………………………………..…………10 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействие. Этот точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды  и приспособлений к ним живых  организмов обусловливает возможность  существования всевозможных форм организмов самой различной организации. Изучением  условий жизни организмов и их взаимных связей с окружающей средой занимается экология, наука о взаимоотношениях живых организмов и их сообществ  с окружающей их живой и неживой  средой обитания. 
Слово «экология» образовано из двух греческих слов: oicos, что означает дом, жилище, и logos наука, и дословно переводится как наука о доме, месте обитания. Впервые этот термин использовал немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1886 г., определив экологию как область знаний, изучающую экономику природы, исследование общих взаимоотношений животных как с живой, так и с неживой природой, включающей все как дружественные, так и недружественные отношения, с которыми животные и растения прямо или косвенно входят в контакт. Такое понимание экологии стало общепризнанным, и сегодня классическая экология  это наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

2. Пищевые цепи

Внутри экологической  системы органические вещества создаются  автотрофными организмами (например, растениями). Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью; каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем.

Организмы второго  трофического уровня называются первичными консументами, третьего трофического уровня - вторичными консументами и т. д. Первичные консументы - это травоядные животные (многие насекомые, птицы и звери на суше, моллюски и ракообразные в воде) и паразиты растений (например, паразитирующие грибы). Вторичные консументы - это плотоядные организмы: хищники либо паразиты. В типичных пищевых цепях хищники оказываются крупнее на каждом уровне, а паразиты - мельче.

Существует ещё  одна группа организмов, называемых редуцентами. Это сапрофиты (обычно, бактерии и грибы), питающиеся органическими остатками мёртвых растений и животных (детритом). Детритом могут также питаться животные - детритофаги, ускоряя процесс разложения остатков. Детритофагов, в свою очередь, могут поедать хищники. В отличие от пастбищных пищевых цепей, начинающихся с первичных продуцентов (то есть с живого органического вещества), детритные пищевые цепи начинаются с детрита (то есть с мёртвой органики).

В схемах пищевых  цепей каждый организм представлен  питающимся организмами какого-то определённого  типа. Действительность намного сложнее, и организмы (особенно, хищники) могут  питаться самыми разными организмами, даже из различных пищевых цепей. Таким образом, пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.

Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. 

3. Экологические пирамиды

 

Экологическая пирамида — графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников, видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме. Эффект пирамид в виде графических моделей разработан в 1927 году Ч. Элтоном.

Упрощенная схема  пирамиды Ч. Элтона (по Г. А. Новикову, 1979)

Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется  количеством, размером и общей массой организмов - биомассой - на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых  цепей характерно увеличение плотности  популяций, скорости размножения и  продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается  только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных  веществ, всасываемых кишечником, расходуется  на дыхание и лишь 10-15% в конечном счете используется на построение новых  клеток и тканей гусеницы. По этой причине  продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в  среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамид. С помощью экологических пирамид можно изучать изменения, происходящие в экосистемах, а также взаимоотношения видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает определенный трофический уровень.

Различают три  способа составления экологических  пирамид: 

1. Пирамиды  численности

 

Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофических уровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровней сильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженные представления об истинных соотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консументов могут питаться органами одного дерева - продуцента.

Для изучения взаимоотношений  между организмами в экосистеме и для

графического  представления этих взаимоотношений  удобнее использовать не схемы

пищевых сетей, а экологические пирамиды. При  этом сначала подсчитывают число

различных организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим

уровням. После  таких подсчетов становится очевидным, что численность животных

прогрессивно  уменьшается при переходе от второго  трофического уровня к

последующим. Численность  растений первого трофического уровня тоже нередко

превосходит численность  животных, составляющих второй уровень. Это можно

отобразить в  виде пирамиды численности.

Для удобства количество организмов на данном трофическом уровне может быть

представлено  в виде прямоугольника, длина (или  площадь) которого

пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном

объеме, если это  водная экосистема). На рисунке показана пирамида

численности, отображающая реальную ситуацию в природе. Хищники, расположенные

на высшем трофическом  уровне, называются конечными хищниками. 

2. Пирамиды  биомассы.

 

Неудобств, связанных  с использованием пирамид численности, можно избежать

путем построения пирамид биомассы, в которых учитывается  суммарная масса

организмов (биомассы) каждого трофического уровня. Определение  биомассы

включает не только учет численности, но и взвешивание  отдельных особей, так

что это более  трудоемкий процесс, требующий больше времени и специального

оборудования. Таким  образом, прямоугольники в пирамидах  биомассы отображают

массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади

или объема.

При отборе образцов - иными словами, в данный момент времени- всегда

определяется  так называемая биомасса на корню, или  урожай на корню. Важно

понимать, что  эта величина не содержит никакой  информации о скорости

образования биомассы (продуктивности) или ее потребления; иначе могут

возникнуть ошибки по двум причинам:

1.      Если скорость потребления биомассы (потеря вследствие поедания)

примерно соответствует  скорости ее образования, то урожай на корню не

обязательно свидетельствует  о продуктивности, т.е. о количестве энергии и

вещества, переходящих  с одного трофического уровня на другой за данный период

времени, например за год. Например, на плодородном, интенсивно используемом

пастбище урожай трав на корню может быть ниже, а  продуктивность выше, чем на

менее  плодородном, но мало используемом для выпаса.

2.      Продуцентом небольших размеров, таким, как водоросли, свойственна

высокая скорость возобновления, т.е. высокая скорость роста и размножения,

уравновешенная  интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и

естественной  гибелью. Таким образом, хотя биомасса на корню может быть малой

по сравнению  с крупными продуцентами (например, деревьями), продуктивность

может быть не меньшей, так как деревья накапливают  биомассу в течение

длительного времени. Иными словами, фитопланктон с такой  же продуктивностью,

как у дерева, будет иметь намного меньшую  биомассу, хотя он мог бы поддержать

жизнь такой  же массы животных. Вообще популяции  крупных и долговечных

растений и  животных обладают меньшей скоростью  обновления по сравнению с

мелкими и короткоживущими  и аккумулируют вещество и энергию  в течение более

длительного времени. Зоопланктон обладает большей биомассой, чем

фитопланктон, которым  он питается. Это характерно для  планктонных сообществ

озер и морей  в определенное время года; биомасса фитопланктона превышает

биомассу зоопланктона во время весеннего «цветения», но  в другие периоды

возможно обратное соотношение. Подобных кажущихся аномалий можно избежать,

применяя пирамиды энергии.

3. Пирамиды энергии

Пирамида энергии отражает величину потока энергии в цепи питания. На форму этой пирамиды не влияют размеры особей, и она всегда будет иметь треугольную форму с широким основанием внизу, как это диктуется вторым законом термодинамики. Поэтому пирамида энергии дает наиболее полное и точное представление о функциональной организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии - динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3-5 звеньев (трофических уровней).

Пирамида  энергии (закон 10 % или 10:1),

(по Цветковой, 1999)

Знание законов  продуктивности экосистем, возможность  количественного учета потока энергии  имеют важное практическое значение, поскольку продукция природных  и искусственных сообществ является основным источником запасов пищи для  человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким  образом, чтобы добиваться наибольшего  выхода необходимой для человека продукции.