Главный процесс, который происходит во всех экосистемах, — это перенос и круговорот вещества или энергии. При этом потери неизбежны. Величина этих потерь от уровня к уровню – вот что отражают правила экологических пирамид.
Немного академических терминов
Обмен вещества и энергии – это направленный поток в цепочке продуценты – консументы. Проще говоря, поедание одних организмов другими. При этом выстраивается цепочка или последовательность организмов, которые как звенья в цепи связаны взаимоотношениями «пища — потребитель». Эту последовательность называют трофической, или пищевой цепочкой. А звенья в ней – трофические уровни. Первый уровень цепочки – это продуценты, автотрофные организмы (растения), ведь только они могут образовывать органические вещества из неорганических. Следующие звенья – консументы (животные) различных порядков. Травоядные – консументы 1 порядка, а хищники, питающиеся травоядными, будут консументами 2 порядка. Следующим звеном в цепи станут редуценты — организмы, пищей которых являются остатки жизнедеятельности или трупы живых организмов.
Графические пирамиды
Британский эколог Чарльз Элтон (1900-1991) в 1927 году, на основании анализа количественных изменений в трофических цепях, ввел в биологию понятие экологических пирамид как графической иллюстрации соотношений в экосистеме продуцентов и консументов. Пирамиду Элтона изображают в виде треугольника, поделенного на количество звеньев в цепи. Или же в виде прямоугольников, стоящих друг на друге.
Закономерности пирамиды
Ч. Элтон проанализировал количество организмов в цепочках и установил, что растений всегда больше, чем животных. Причем соотношение уровней в количественном измерении всегда одинаково – уменьшение происходит на каждом следующем уровне, и это объективный вывод, что и отражают правила экологических пирамид.
Правило Элтона
Это правило гласит, что количество особей в последовательной трофической цепи уменьшается от уровня к уровню. Правила экологической пирамиды — это количественное соотношение продукции всех уровней конкретной цепи питания. Оно говорит, что показатель уровня цепи приблизительно в 10 раз будет меньше такого показателя на предыдущем уровне.
Приведенным простой пример, который расставит все точки над «и». Рассмотрим трофическую цепочку водоросли – беспозвоночные рачки – сельдь – дельфин. Сорокакилограммовому дельфину, чтобы прожить, необходимо съесть 400 килограммов сельди. А для того, чтоб существовали эти 400 килограммов рыбы, необходимо порядка 4 тонн их пищи – беспозвоночных рачков. Для образования 4 тонн рачков необходимо уже 40 тонн водорослей. Вот что отражают правила экологической пирамиды. И только в таком соотношении эта экологическая структура будет устойчивой.
Виды экопирамид
Исходя из критерия, который будет учитываться при оценке пирамид, выделяют:
- Числовые.
- Оценки биомассы.
- Затрат энергии.
Во всех случаях правило экологической пирамиды отражает уменьшение главного критерия оценивания в 10 раз.
Число особей и трофические ступени
В пирамиде чисел учитывается количество организмов в трофической цепи, что отражено правилом экологической пирамиды. И пример с дельфином полностью подходит к характеристике данного типа пирамид. Но тут есть и исключения – экосистема леса с цепочкой растения – насекомые. Пирамида станет перевернутой (огромное количество насекомых, кормящихся на одном дереве). Именно поэтому пирамиду чисел считают не самой информативной и показательной.
А что в остатке?
Пирамида биомассы в качестве критерия оценивания использует сухую (реже — сырую) массу особей одного уровня. Единицы измерения – грамм/метр квадратный, килограмм/гектар или же грамм/метр кубический. Но и тут бывают исключения. Правила экологических пирамид, что отражают уменьшение биомассы консументов по отношению к биомассе продуцентов, выполняются для биоценозов, где и те и другие крупные и имеют долгий жизненный цикл. Но для водных систем пирамида снова может оказаться перевернутой. Например, в морях биомасса зоопланктона, питающегося водорослями, иногда в 3 раза больше биомассы самого растительного планктона. Стабильность системы спасает высокая скорость размножения фитопланктона.
Поток энергии – самый точный показатель
Пирамиды энергии показывают скорость прохождения пищи (ее массы) по трофическим уровням. Закон пирамиды энергии сформулировал выдающийся эколог из Америки Раймонд Линдеман (1915-1942), уже после его смерти в 1942 году он вошел в биологию как правило десяти процентов. Согласно нему, на каждый последующий уровень переходит 10% энергии с предыдущего, остальные 90% — это потери, которые идут на поддержку жизнедеятельности организма (дыхание, теплорегуляцию).
Значение пирамид
Что отражают правила экологических пирамид, мы разобрали. Но зачем нам эти знания? Пирамиды чисел и биомассы позволяют решить некоторые практические задачи, так как они описывают статическое и устойчивое состояние системы. Например, их используют при расчете допустимых величин вылова рыбы или подсчета количества животных для отстрела, чтобы не нарушить устойчивость экосистемы и определить максимальный размер той или иной популяции особей для данной экосистемы во всей ее совокупности. А пирамида энергий дает четкое представление об организации функциональных сообществ, позволяет сравнить различные экосистемы по их продуктивности.
Теперь читатель не растеряется, получив задание типа «опишите, что отражают правила экологических пирамид», и смело ответит, что это потери вещества и энергии в конкретной трофической цепочке.
