1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Екологічна піраміда — види, характеристика та ефективність

Екологічна піраміда — види, характеристика та ефективність

Екосистема визначається як спільнота, що складається з живих і неживих організмів, які існують поруч і взаємодіють один з одним. Вона не має певних розмірів, оскільки може бути такою ж маленькою, як дерево, або такий же великий, як вся земна маса. Екосистеми розбиті на різні ранги, звані трофічними рівнями, які складають екологічну піраміду.

Історія та опис

У 1927 році концепція екологічної піраміди була вперше запропонована англійським екологом Чарльзом Елтоном (1900-1991) (тому вона також відома як елтонська піраміда). Екологічна піраміда – це графічне зображення трикутної форми, яке показує кількість організмів, біомаси і укладеної в них енергії на кожному трофічному рівні в екосистемі і їх біологічну продуктивність. Вона складається з ряду горизонтальних смуг, що зображують певні ранги. Довжина кожного стовпця представляє загальну кількість особин, або біомаси, або енергії на кожному рівні в екосистемі.

Всі організми в біології класифікуються на основі різних факторів навколишнього середовища, таких як спосіб життя в певній екосистемі (що їдять і як отримують енергію):

Ким було введено поняття

Організми, які виробляють органічні речовини з неорганічних, називаються продуцентами (виробниками). Рослини і деякі бактерії є перетворювачами сонячної енергії в процесі фотосинтезу і створюють (синтезують) органічні речовини, які споживачі використовують в якості їжі. Як правило, такі піраміди в навколишньому світі починаються саме зі споживачів. Вони розташовані внизу і проходять через різні ступені, піднімаючись по піраміді. Вершина представляє найвищий рівень в ланцюзі харчування.
Наступним рівнем в ієрархії є консументи – це споживачі органічної речовини. Травоїдні тварини вживають рослинну їжу, а м’ясоїдні — тваринну. В результаті процесу травлення, що протікає в організмах консументів, відбувається первинне подрібнення і розкладання органічної речовини.

Після цього редуценти руйнують мертві або розкладаються організми і при цьому здійснюють природний процес розкладання.

Екологічна ефективність

Екологічна ефективність – це ефективність, з якою енергія передається з одного трофічного рівня на інший.

Кількість трофічних рівнів у пасовищному харчовому ланцюзі обмежена, оскільки передача енергії здійснюється за законом десяти відсотків. Це означає, що тільки 10% енергії передається на кожен трофічний рівень з нижчого.

Зменшення на кожному наступному рівні обумовлено двома причинами:

  • ​При кожному трофічному потоці частина доступної енергії втрачається при диханні або витрачається на обмін речовин.
  • Частина енергії втрачається при кожному перетворенні.

Види екологічних пірамід

Подібні піраміди представляють трофічну структуру, а також трофічну функцію екосистеми. Вони можуть бути наступних трьох видів:

  • Піраміда чисел (або чисельності). Тут враховується кількість організмів на кожному щаблі. У процесі просування вгору по рівнях кількість організмів зменшується. Виробники утворюють найбільшу кількість і, отже, знаходяться на самому дні.
  • Піраміда енергії. Вона вертикальна і являє собою потік енергії від виробників до кінцевих споживачів.
  • Піраміда біомаси. Вона представляє кількість біомаси організмів, присутніх на кожному рівні. Біомаса – це ні що інше, як вага організмів.

В цілому, всі вони є вертикальними, за винятком деяких випадків. Наприклад, в харчовій мережі детриту (залишки органічних речовин, перегній, які утворюються при переробці мертвих рослин і тварин бактеріями і найпростішими) піраміда чисел не є вертикальною, тому що багато організмів харчуються мертвими рослинами або тваринами. Перевернутою екологічною пірамідою також є піраміда біомаси в океані. Але слід зазначити, що піраміда енергії знаходиться виключно у вертикальному положенні, оскільки потік енергії є односпрямованим.

Чисельність особин

Піраміда чисел графічно представляє загальну кількість особин, присутнє на кожному рівні. Цей вид може мати дві різні форми в залежності від кількості організмів: пряму і перевернуту.

У вертикальній числовій піраміді кількісне співвідношення організмів зазвичай зменшується знизу вгору. Це зазвичай відбувається в екосистемах луків і ставків, де рослини (наприклад, трави) займають основу піраміди. Наступні рівні включають споживачів.

Перевернута піраміда чисел, з іншого боку, є протилежністю першої. Це зазвичай спостерігається в екосистемах лісу з деревами в якості виробників і комах в якості споживачів.

Серед трьох видів вона найменш точна, оскільки не враховує конкретну кількість населення і, отже, не може повністю визначити трофічну структуру в цій екосистемі. Вона ігнорує біомасу організмів, а також не вказує на передану енергію або використання її беруть участь групами.

Вертикальна піраміда чисел на прикладі екосистеми ставка і луки коротко описується наступним чином:

  • Трави займають найнижчий рівень (підстава) через їх великої кількості в екології.
    Наступний вищий ступінь – основний споживач-травоїдні, наприклад, коник. Індивідуальна кількість коників менше, ніж у трави.
  • Наступний щабель – це основний хижак, наприклад щури. Кількість щурів менше, ніж коників, тому що вони харчуються кониками.
  • Далі вторинний хижак, змії. Вони харчуються щурами.
  • І нарешті, верхній хижак, такий як яструб.

З кожним вищим рівнем кількість індивідуумів зменшується.

При необхідності визначити, яку масу рослин збереже від поїдання гусеницями пара синиць при вигодовуванні 5 пташенят, якщо вага одного пташеня 3 грами, слід для початку скласти ланцюг харчування. Виглядати вона буде так: Рослини-гусениці-синиці

Правило екологічної піраміди показує, що на кожному попередньому рівні кількість біомаси та енергії, які запасаються організмами за одиницю часу більше, ніж на подальшому ~ в 10 разів. Отже, співвідношення буде наступним: рослини 1500 г — гусениці 150 г — синиці 15 м Таким чином, пара синиць, вигодовуючи своїх пташенят, зберігає 1,5 кг рослин.

Маса живих організмів

Піраміда біомаси визначається як кількість доступної їжі і скільки енергії передається на одиницю площі продукту живої речовини, присутнього в організмі, і загальна кількість організмів, що знаходяться на певному щаблі. У менш складних термінах це стосується їжі, доступної для наступного рівня.

Більша частина біомаси, яку споживають тварини, використовується для забезпечення енергії, перетворюється на нові тканини або просто залишається неперетравленою. Основну частину часу даний вид має справжню пірамідальну форму, причому біомаса на нижніх рівнях вище рівнів над ними.

Як і попередній вид, піраміда біомаси може мати дві форми: пряму і перевернуту. Зазвичай наземні екосистеми характеризуються вертикальною формою, що має велику базу (первинні продуценти) з меншими рівнями (споживачі), розташованими нагорі.

З іншого боку, водні екосистеми є повною протилежністю, оскільки вони приймають перевернуту структуру. Це пов’язано з тим, що виробники фітопланктону (як правило, з меншою біомасою) розташовані біля основи, а споживачі, які мають велику біомасу, розташовані біля вершини.

Біомаса також використовується як джерело відновлюваної енергії при заміні викопного палива. Ця альтернатива істотно допомогла в поліпшенні кліматичних умов планети. Завдяки використанню біомаси в якості палива можна отримати широкий спектр переваг, які включають скорочення відходів і низькі витрати.

Основними характеристиками піраміди біомаси є:

  • Вона зазвичай визначається шляхом збору всіх організмів, що займають кожен рівень окремо, і вимірювання їх сухої ваги. Це долає проблему різниці в розмірах, оскільки зважуються всі види організмів на трофічному рівні.
  • На кожному рівні розташовується певна маса живого матеріалу в певний час.
  • Постійний урожай вимірюється як маса живих організмів (біомаса) або кількість в одиниці площі.

Енергія та її передача

Останній, але не менш важливий вид, це енергетична піраміда, яка показує загальну енергію в екосистемі і скільки її потрібно організмам, коли вони піднімаються на більш високі рівні.

Структура потоку енергії в піраміді цього виду заснована на принципах термодинаміки. Цей закон конкретно говорить, що енергія не може бути ні створена, ні знищена, вона тільки перетворюється в іншу форму.

Її завдання-показати, що енергія переноситься з нижчих рівнів з більшою кількістю енергії (виробники) на більш високі (споживачі) і перетворюється в біомасу.

Отже, можна зробити висновок, що організми, виявлені на найвищих рівнях коротших харчових ланцюгів, несуть більшу кількість енергії, ніж ті, які виявляються в довших.

Правило екологічної піраміди

На відміну від перших двох видів, енергетична Піраміда завжди зображена у вертикальному положенні з найбільшими енергоносіями в основі. Її ідея дуже важлива в контексті біологічного збільшення, яке визначається як тенденція збільшення кількості токсичних речовин у міру просування вгору по рівнях.

Коли виробництво розглядається з точки зору енергії, піраміда вказує не тільки кількість потоку енергії на кожному рівні, але і, що більш важливо, фактичну роль, яку різні організми грають в передачі енергії. Вона також показує, скільки енергії потрібно, коли вона тече вгору, щоб підтримувати наступний рівень.

Вона будується відповідно до швидкості, з якою харчовий матеріал проходить через харчовий ланцюг. Деякі організми можуть мати невелику біомасу, але загальна енергія, яку вони асимілюють і передають, може бути значно більшою, ніж у організмів з набагато більшою біомасою.

Прикладом екологічної піраміди біомаси може служити наступний опис:

  • Припустимо, що екосистема отримує 1000 калорій світлової енергії в даний день. Велика частина енергії не поглинається, а відбивається в просторі.
  • З поглиненої енергії тільки невелика частка використовується зеленими рослинами, з яких вони витрачають частину для дихання, тому тільки 100 калорій зберігаються в якості енерговитратних матеріалів.
  • Олень з’їдає рослину, що містить 100 калорій харчової енергії. Він використовує частину з них для свого метаболізму і зберігає тільки 10 калорій в якості харчової енергії.
  • Лев, який їсть оленів, отримує ще менше енергії. Таким чином, корисна енергія зменшується від сонячного світла до виробника, від травоїдної тварини до м’ясоїдної.

Концепція енергетичної піраміди допомагає пояснити феномен біологічного збільшення-схильність токсичних речовин до поступового збільшення концентрації з більш високими рівнями.

Хоча всі три види дуже специфічні для аспекту екосистеми, яку вони хочуть описати, всі вони все ще мають тенденцію не помічати важливі аспекти. Деякі з цих обмежень наступні:

  • Ці види застосовні тільки в простих харчових ланцюгах, які не обов’язково зустрічаються в природі. Вони також не враховують можливу присутність одного і того ж виду на різних трофічних рівнях.
  • Більш того, жодна з трьох екологічних пірамід не дає уявлення про різницю пір року і клімату.
  • Іншим організмам, таким як мікроорганізми і гриби, не відводиться особливої ролі в пірамідах, незважаючи на їх життєво важливу роль в екосистемах.
  • Вони не враховують один і той же вид, що належить двом або більше трофічних рівнів.

Більш того, сапрофітам (рослинам, грибам або мікроорганізмам, що живуть на розкладаються речовинах) не відводиться місця в пірамідах, навіть якщо вони грають життєво важливу роль в екосистемі.

ПОДІЛИТИСЯ: