Экологические пирамиды.

Автотрофные экосистемы можно сравнить с промышленным предприятием, которое производит различные органические вещества.

Используя солнечную энергию, диоксид углерода и элементы минерального питания, экосистемы производят биологическую продукцию - древесину, листовую массу растений, плоды, животную биомассу. Производительность экосистемы измеряется количеством органического вещества, которое создано за единицу времени на единицу площади: г/м2 в день, кг/лг в год, т/км" в год.

Продуктивность экологической системы — это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи.

Различают первичную биологическую продукцию, которую создают растения (продуценты) в единицу времени в процессе фотосинтеза из диоксида углерода, воды и минеральных элементов, и вторичную биологическую продукцию – прирост за единицу времени массы, которую создают гетеротрофы (консументы и редуценты) в результате переработки растительной и животной биомассы. Первичную продукцию подразделяют на валовую – общая масса валового органического вещества создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая и траты растения на дыхание — от 40 до 70% от валовой продукции и чистую - то, что осталось после расходов на дыхание и потери органических веществ корнями при мутуализме с микоризными грибами и бактериями-азотфиксаторами представляет собой величину прироста растений именно эта продукция потребляется консументами и редуцентами. У большинства растений чистая продукция составляет примерно половину от валовой, а у патиентов. которые живут в экстремальных условиях, - не более 10 %. Вторичная биологическая продукция в 20-50 раз меньше, чем первичная. Вторичная продукция не делится уже на валовую и чистую, так как консументы и редуценты, т.е. все гетеротрофы, увеличивают свою массу за счет первичной ранее созданной продукции.

Все живые компоненты экосистемы составляют общую биомассу сообщества в целом или тех или иных групп организмов. Ее выражают в г/см3 в сыром или сухом виде, или в энергетических единицах — в калориях, джоулях и т.п. Если скорость изъятия биомассы консументами отстает от скорости прироста растений, то это ведет к постепенному приросту биомассы продуцентов и к избытку мертвого органического вещества. Последнее приводит к заторфовыванию болот и зарастанию мелких водоемов. В стабильных сообществах практически вся продукция

Общая закономерность заключается в том, что в основе экологической пирамиды находятся продуценты, а на ее вершине крупные хищники.

Особи нижних трофических уровней имеют изобилие пищи, но интенсивно истребляются.

Крупные хищники практически не имеют врагов, и ограничивающим фактором для них является территория для кормления и количество пищи.

Если в наземных экосистемах с повышением трофического уровня количество биомассы уменьшается, то в водных - от первого трофического уровня ко второму (фитопланктон - зоопланктон) увеличивается, а потом при переходе на уровень рыбного населения вновь снижается. И потому в наземных экосистемах пирамида имеет типичную форму («мавзолей»), а в водных - форму «юлы». Основной продуцент в этих экосистемах - фитопланктон. Одноклеточные планктонные водоросли, преобладающие в водоеме, живут от нескольких дней до нескольких недель. Организмы второго уровня (потребители планктона) живут дольше и накапливают большую биомассу. На более высоких уровнях биомасса снижается.

В водных экосистемах экологическая пирамида опрокинута вершиной в низ.

                                                                        План-

                                                                          ктон

Планктон – это совокупность организмов находящихся в толще воды.

Бентос – это совокупность организмов, которые ведут придонный образ жизни (речной рак, гидра пресноводная, амеба и т.д.), они являются детритофагами.

Нектон – это совокупность крупных хищников, способных быстро перемещаться и менять глубину погружения (акулы, дельфины, осьминоги).

тратится в трофических сетях, и биомасса остается практически постоянной.

Трофическую структуру экосистемы можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид.

Экологическая пирамида – это графическая фигура, отражающая изменение биомассы, численности или энергии ее составляющих организмов.

Пирамида чисел отображает закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно умень-шается. Пирамида биомасс четко указывает на количество всего живого вещества на данном трофическом уровне.

В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

Для наземной экосистемы характерна пирамида типа «мавзолей».

Правило пирамиды продукции (или энергии): на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени (или энергии), больше, чем на после-дующем. Пирамида продукции отражает законы расходования энергии в трофических цепях и имеет универсальный характер и для всех экосистем.

IV троф. ур. – консументы;

зоофаги II порядка                 -             1 тонна

III троф. ур. – консументы;

зоофаги I порядка                  -            10 тонн

II троф. ур. – консументы;

фитофаги                                 -          100 тонн

I троф. ур. – продуценты        -     ≈ 1000 тонн

                                                  (особей, штук и т.д.)

фотоавтотрофы и хемоавтотрофы;

II троф. ур. – фитофаги (к, х, ф/ф): число посредников = 1 (растения: напр. мятник луговой)

III троф. ур. – зоофаги I порядка (к, з/ф I тр. ур.): число посредников = 2 (растения и фитофаги)

IV троф. ур. – зоофаги II порядка (к, з/ф II тр. ур.):  число посредников = 3 (растения, фитофаги, зоофаги I порядка)

V троф.  Ур. – зоофаги III порядка (к, з/ф III тр. ур.):  число посредников = 4 (растения, фитофаги, зоофаги I порядка, зоофаги II порядка)

Количество звеньев в пищевой цепи может быть от двух до пяти-шести. Пищевые цепи в водных экосистемах, как правило, длиннее (4-6 звеньев), чем в наземных (не более 4 звеньев).

К –консументы,, Х -хищники , Ф/Ф – фитофаги, З/Ф – зоофаги. 

В любой экосистеме, как правило, может быть не более 4 трофических уровней, т.к.  в процессе любого очередного переноса энергии пищи при переходе с одного трофического уровня на другой (высший) большая часть от 80 до 90% потенциальной энергии рассеивается, переходя в теплоту. (когда мы едим, то 90% энергии идет на обогрев тела и только 10% на увеличение веса).

Поскольку у большинства организмов - широкая диета (т.е. они могут использовать в пищу организмы разных видов), то пищевые цепи - это упрощенное выражение трофических отношений в экосистеме. В естественной природе благодаря взаимозаменяемости видов существуют не цепи питания, а сети питания.

В результате функционирования пищевых цепей и работы редуцентов осуществляются круговороты элементов питания, воды и кислорода. При этом в естественных фотоавтотрофных экосистемах, в которых продуцентами являются растения, поддерживается равновесие между количеством потребленных ресурсов и их возвратом в окружающую среду, хотя часть ресурсов может временно задерживаться в запаснике - детрите.