Екологічні піраміди

Одним з найважливіших функціональних показників біоценозу та екосистеми є їх здатність до створення нової біомаси.
Біомаса – це загальна маса особин одного виду або всього біоценозу, яка припадає на одиницю площі або об’єму місцеперебування.
Виражається вона в масі сирого або сухої речовини, а також вуглецю або азоту (в г / м2 або г / м3). Біомаса рослин називається фитомассой, а тварин – зоомассе.
Біомаса може бути:
а) разова;
б) початкова (на початку вегетаційного періоду);
в) кінцева (наприкінці вегетаційного періоду);
г) середня (за якийсь період часу – місяць, рік).
Біомаса утворюється в результаті зв’язування сонячної енергії. Швидкість утворення біомаси визначають в екології спеціальним показником – продукцією.
Продукція – це кількість речовини, яка вироблено організмами за певний проміжок часу, т. Е. Сумарна величина приросту біомаси за одиницю часу.
Продукцію зазвичай висловлюють в енергетичних еквівалентах (Дж / м2, кал / м2 за добу) або в кількості сухої органічної речовини (кг / га за рік).
Продукція може бути первинною чи вторинною.
Органічна маса речовини, створювана рослинами за одиницю часу, називається первинною продукцією співтовариства. Це енергетичний резерв для консументів і редуцентов. Вона переробляється в ланцюгах харчування і йде на поповнення маси гетеротрофних організмів. Причому рослинна біомаса використовується надзвичайно вибірково, що знижує інтенсивність міжвидової боротьби за існування і сприяє збереженню природних ресурсів.
Приріст маси гетеротрофів за одиницю часу називається вторинною продукцією співтовариства.
Гетеротрофи, включаючи в трофічні ланцюги, живуть в підсумку за рахунок чистої первинної продукції співтовариства. У різних екосистемах вони витрачають її в різному обсязі.
При цьому діє важлива закономірність, пов’язана з ефективністю використання і перетворення енергії в процесі харчування. Суть її полягає в наступному: на відміну від речовин, які безперервно циркулюють по різних блоках екосистеми і завжди можуть знову потрапляти в круговорот, енергія може бути використана тільки один раз.
Односторонній приплив енергії як універсальне явище природи відбувається в результаті дії законів термодинаміки.
Перший закон стверджує, що енергія може переходити з однієї форми (наприклад, енергії світла) в іншу (наприклад, потенційну енергію їжі), але вона ніколи не створюється знову і не зникає.
Другий закон термодинаміки говорить, що не може бути жодного процесу, пов’язаного з перетворенням енергії, без втрати певної її частини. У таких перетвореннях певна кількість енергії розсіюється і втрачається у формі теплової енергії. З цієї причини не може бути перетворень, наприклад, речовин їжі в речовина, з якої складається тіло організму, що йдуть з 100% ефективністю.
Швидкість потоку енергії – це кількість енергії, що переходить із одного трофічного рівня на інший в одиницю часу і виражається в енергетичних одиницях (кал, Дж).
Харчова ланцюг є основним шляхом переносу енергії в біоценозі чи екосистемі. У міру віддалення від первинного продуцента швидкість потоку енергії різко падає, її кількість зменшується. Це можна пояснити рядом причин.
По-перше, сумарно тільки близько 1% променевої енергії Сонця, що потрапляє на рослину, перетворюється на потенційну енергію хімічних зв’язків органічної речовини і може бути використане в подальшому гетеротрофних організмами при харчуванні.
По-друге, перенесення енергії з одного трофічного рівня на інший ніколи не буває повним, так як не вся енергія, що міститься в будь-якому вигляді їжі, доступна хижакові. Частина енергії втрачається в процесі перетворення тканин жертви в тканини хижака, а частина взагалі не засвоюється організмом хижака і виводиться з нього з екскрементами, а потім розкладається редуцентами. Тільки 5-20%, енергії їжі переходить у новозбудоване речовину тіла тварини.
По-третє, стійкі взаємозв’язки не дозволяють хижакам повністю знищувати популяції жертв, за рахунок яких вони існують. З цієї причини ефективність переносу енергії від жертви до хижака ослаблена виробленої в процесі еволюції тактикою уникнення хижака.
По-четверте, тільки частина енергії їжі переходить в біомасу, а інша її частина виділяється у вигляді тепла в процесі дихання. Це пояснюється тим, що в жодного з процесів перетворення енергії коефіцієнт корисної дії не дорівнює 1 (по 2-му закону термодинаміки). Крім цього, будь-яка тварина при переміщенні, полюванні чи інших активних діях здійснює роботу, яка вимагає витрат енергії, в результаті чого знову відбувається виділення тепла.
Внаслідок таких великих витрат корисної енергії харчові ланцюги не можуть бути дуже довгими: зазвичай вони складаються не більше ніж з 3-4 ланок (трофічних рівнів).
У 1941 р американський еколог Р. Ліндеман припустив, що з одного рівня на інший переходить не більше 10% енергії, а максимальне число самих рівнів не може перевищувати шести. Однак у 90-х роках ХХ ст. вчені порахували, що з одного рівня на інший іноді переходить до 30% продукції і більше. Що ж стосується числа харчових рівнів, то в наземних екосистемах їх, як правило, буває 2-3, а у відкритому океані – 4-6.
Трофічні, або харчові, ланцюги можуть бути представлені у формі екологічної піраміди. Чисельне значення кожного ступеня такої піраміди може бути виражено кількістю особин, їх біомасою або накопиченої в ній енергією.
У 1927 р Ч. Елтон вперше запропонував розташувати один над одним щільність особин по харчових рівням і побудувати харчову піраміду, яка наочно відображає трофічну структуру біоценозу.
Піраміди можуть бути трьох типів: чисел, біомаси та енергії.

Посилання на основну публікацію