Трофічну структуру біоценозу та екосистеми зазвичай відображають графічними моделями у вигляді екологічних пірамід. Такі моделі розробив у 1927 р. англійський зоолог Ч. Елтон. Екологічні піраміди - це графічні моделі (як правило, у вигляді трикутників), що відображають число особин (піраміда чисел), кількість їх біомаси (піраміда біомас) або укладеної в них енергії (піраміда енергії) на кожному трофічному рівні і вказують на зниження всіх показників з підвищенням трофічного рівня. Розрізняють три типи екологічних пірамід. Піраміда чисел (чисельностей) відбиває чисельність окремих організмів кожному рівні. В екології піраміда чисельностей використовується рідко, тому що через велику кількість особин на кожному трофічному рівні дуже важко відобразити структуру біоценозу в одному масштабі. Щоб усвідомити, що таке піраміда чисел, наведемо приклад. Припустимо, що на основі піраміди 1000 т трави, масу якої становлять сотні мільйонів окремих травинок. Цією рослинністю зможуть прогодуватися 27 млн коників, яких, у свою чергу, можуть вживати близько 90 тис. жаб. Самі жаби можуть служити їжею 300 форелів у ставку. А ця кількість риби може з'їсти за рік одна людина! Таким чином, на основі піраміди кілька сотень мільйонів травинок, а на її вершині — одна людина. Такою є наочна втрата речовини та енергії при переході з одного трофічного рівня на інший. Іноді трапляються винятки з правила пірамід, і тоді ми маємо справу з перевернутою пірамідою чисел. Це можна спостерігати у лісі, де на одному дереві живуть комахи, якими харчуються комахоїдні птахи. Таким чином, чисельність продуцентів менша, ніж консументів. Піраміда біомас - Співвідношення між продуцентами і консументами, виражене в їх масі (загальній сухій вазі, енергоутриманні або іншою мірою загальної живої речовини). Зазвичай у наземних біоценозах загальна вага продуцентів більша, ніж консументів. У свою чергу, загальна вага консументів першого порядку більша, ніж консументів другого порядку, тощо. Якщо організми не надто різняться за розмірами, то на графіку, як правило, виходить ступінчаста піраміда з верхівкою, що звужується. Американський еколог Р. Ріклефс пояснював структуру піраміди біомас так: «У більшості наземних угруповань піраміда біомас подібна до піраміди продуктивності. Якщо зібрати всі організми, що мешкають на якомусь лузі, то вага рослин виявиться набагато більше ваги всіх прямокрилих і копитних, які харчуються цими рослинами. Вага цих рослиноїдних тварин у свою чергу буде більше ваги птахів і котячих, що становлять рівень первинних м'ясоїдних, а ці останні також будуть перевищувати за вагою хижаків, що харчуються ними, якщо такі є. Один лев важить досить багато, але леви зустрічаються настільки рідко, що вага їх, виражена в грамах на 1 м2, виявиться нікчемною». Як і у випадку з пірамідами чисел можна отримати так звану звернену (перевернуту) піраміду біомас, коли біомаса продуцентів виявляється менше, ніж консументів, котрий іноді редуцентів, й у підставі піраміди перебувають не рослини, а тварини. Це стосується переважно водних екосистем.Наприклад, в океані при досить високій продуктивності фітопланктону загальна маса його в даний момент може бути меншою, ніж у зоопланктону і кінцевого споживача-консументу (кити, великі риби, молюски). Піраміда енергії відображає величину потоку енергії, швидкість проходження маси їжі через харчовий ланцюг. На структуру біоценозу переважно впливає не кількість фіксованої енергії, а швидкість продукування їжі. Всі екологічні піраміди будуються за одним правилом, а саме: в основі будь-якої піраміди знаходяться зелені рослини, а при побудові пірамід враховується закономірне зменшення від її заснування до вершини чисельності особин (піраміда чисел), їх біомаси (піраміда біомас) і енергії, що проходить через харчові ціни. (Піраміда енергії). У 1942 р. американський еколог Р. Ліндеман сформулював закон піраміди енергії, згідно з яким з одного трофічного рівня на інший через харчові ціни переходить у середньому близько 10% енергії, що надійшла на попередній рівень екологічної піраміди. Решта енергії витрачається забезпечення процесів життєдіяльності. В результаті процесів обміну організми втрачають у кожній ланці харчового ланцюга близько 90% усієї енергії. Отже, для отримання, наприклад, 1 кг окунів повинно бути витрачено приблизно 10 кг риб'ячої молоді, 100 кг зоопланктону та 1000 кг фітопланктону. Загальна закономірність процесу передачі енергії така: через верхні трофічні рівні енергії проходить значно менше, ніж нижні. Ось чому великі хижі тварини завжди рідкісні, і немає хижаків, які харчувалися б, наприклад, вовками.У такому разі вони просто не прогодувалися б, настільки вовки нечисленні. Екосистема визначається як спільнота, що складається з живих та неживих організмів, які існують поруч та взаємодіють один з одним. Вона не має певних розмірів, тому що може бути такою ж маленькою, як дерево, або такою ж великою, як уся земна маса. Екосистеми розбиті різні ранги, звані трофічними рівнями, які становлять екологічну піраміду. 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 та ув'язненої в них енергії на кожному трофічному рівні в екосистемі та їх біологічну продуктивність. Вона складається з низки горизонтальних смуг, що зображують певні ранги. Довжина кожного стовпця є загальною кількістю 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 у певній екосистемі (що їдять та як отримують енергію): 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 лише 10% енергії передається на кожен трофічний рівень з нижчестоящого. Зменшення кожному наступному рівні обумовлено двома причинами:
Подібні піраміди являють собою трофічну структуру, а також трофічну функцію екосистеми. Вони можуть бути наступних трьох видів:
Загалом усі вони є вертикальними, за винятком деяких випадків.Наприклад, у харчовій мережі детриту (залишки органічних речовин, перегній, які утворюються при переробці мертвих рослин та тварин бактеріями та найпростішими) піраміда чисел не є вертикальною, тому що багато організмів харчуються мертвими рослинами чи тваринами. Перевернутою екологічною пірамідою є також піраміда біомаси в океані. Але слід зазначити, що піраміда енергії знаходиться виключно у вертикальному положенні, оскільки потік енергії є односпрямованим. Піраміда чисел графічно представляє загальну кількість особин, що є присутнім кожному рівні. Цей вид може мати дві різні форми залежно від кількості організмів: пряму та перевернуту. У вертикальній числовій піраміді кількісне співвідношення організмів зазвичай зменшується знизу нагору. Це зазвичай відбувається в екосистемах лук і ставків, де рослини (наприклад, трави) займають основу піраміди. Наступні рівні включають споживачів. Перевернута піраміда чисел, з іншого боку, є протилежністю до першої. Це зазвичай спостерігається в екосистемах лісу з деревами як виробники і комахи як споживачі. Серед трьох видів вона найменш точна, оскільки не зважає на 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 групами, що беруть участь. Вертикальна піраміда чисел на прикладі екосистеми ставка і лука коротко описується так:
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 спочатку скласти ланцюг живлення. Виглядатиме вона так: рослини - гусениці - синиці
Правило екологічної піраміди показує, що на кожному попередньому рівні кількість біомаси та енергії, що запасаються організмами за одиницю часу більше, ніж на наступному ~ у 10 разів. Отже, співвідношення буде таким: рослини
1500 г
- гусениці
150 г
- Синиці 15 р. Таким чином, пара синиць, вирощуючи своїх пташенят, зберігає 1,5 кг рослин. Піраміда біомаси визначається як кількість доступної їжі і скільки енергії передається на одиницю площі продукту живої речовини, що є в організмі, і загальна кількість організмів, що знаходяться на певному рівні. У менш складних термінах це стосується їжі, доступної для наступного рівня. Більшість 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 за рівні над ними. Як і попередній вигляд, піраміда біомаси може мати дві форми: пряму та перевернуту. Зазвичай наземні екосистеми характеризуються вертикальною формою, має велику базу (первинні продуценти) з меншими рівнями (споживачі), розташованими вгорі. З іншого боку, водні екосистеми є повною протилежністю, оскільки вони набувають перевернутої структури. 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 суттєво допомогла у покращенні кліматичних умов планети. Завдяки використанню біомаси як паливо можна отримати широкий спектр переваг, які включають скорочення відходів та низькі витрати. Основними характеристиками піраміди біомаси є:
Останній, але не менш важливий вид, це енергетична піраміда, яка показує загальну енергію в екосистемі і скільки її потрібно організмам, коли вони піднімаються більш високі рівні. Структура потоку енергії в піраміді цього виду ґрунтується на принципах термодинаміки.Цей закон конкретно говорить, що енергія не може бути створена, ні знищена, вона тільки перетворюється на іншу форму. Її завдання — показати, що енергія переноситься з нижчих рівнів із великою кількістю енергії (виробники) більш високі (споживачі) і перетворюється на біомасу. Отже, можна дійти невтішного висновку, що організми, виявлені найвищих рівнях коротших харчових ланцюгів, несуть більше енергії, ніж ті, які виявляються більш довгих. На відміну від перших двох видів, енергетична піраміда завжди зображена у вертикальному положенні з найбільшими енергоносіями в основі. Її ідея дуже важлива у контексті біологічного збільшення, що визначається як тенденція збільшення кількості токсичних речовин у міру просування вгору за рівнями. Коли виробництво розглядається з погляду енергії, піраміда вказує як кількість потоку енергії кожному рівні, а й, що найважливіше, фактичну роль, яку різні організми грають 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 із значно більшою біомасою. Прикладом екологічної піраміди біомаси може бути такий опис: Концепція енергетичної піраміди допомагає пояснити феномен біологічного збільшення - схильність токсичних речовин до поступового збільшення концентрації з вищими рівнями. Хоча всі три види є дуже специфічними для аспекту екосистеми, яку вони хочуть описати, всі вони все ще мають тенденцію не помічати важливі аспекти. Деякі з цих обмежень такі:
Більше того, сапрофітам (рослинам, грибам або мікроорганізмам, що живуть на речовинах, що розкладаються) не відводиться місця в пірамідах, навіть якщо вони відіграють життєво важливу роль в екосистемі. Екологія – це порівняно молода наука. Її основний понятійний апарат почав формуватися лише у XX столітті. Так, поняття «екосистема» було введено в науковий ужиток лише у 1935 році, тоді як вперше спробу графічно відобразити структуру природних угруповань у вигляді пірамід було здійснено у 1927 році. Спочатку ця модель називалася "піраміда чисел". Величезний внесок у розвиток уявлень про екологічні піраміди зробили Елтон та Ліндеман. У Радянському Союзі подібні ідеї розвивав Володимир Станчинський (1882—1942), але його ідеї не зрозуміли співвітчизники і сам він зазнав репресій. Центральним об'єктом вивчення екології є екосистеми.Вони є сукупністю компонентів живої і неживої природи, об'єднаних безліччю зв'язків і тривалий час існуючих певному просторі. Вони не мають чітких меж і точних розмірів, проте їх можна описувати і вивчати як щодо стійкі освіти. Для зручності дослідження екосистем вченими використовується їхнє наочне відображення у вигляді піраміди. Незважаючи на всю умовність цих схем, вони дозволяють простежити певні закономірності функціонування природних угруповань, а також оцінити їх стійкість. Обережно! Якщо викладач виявить плагіат у роботі, не уникнути великих проблем (аж до відрахування). Якщо немає можливості написати самому, замовте тут. Екологічна піраміда (ЕП) - це графічна модель екосистеми, в якій відображається її структура та взаємозв'язки між компонентами. Перші подібні моделі були представлені перед науковою спільнотою 1927 року вченим Елтоном. Через сто років вони, як і раніше, залишаються актуальними. Чарльз Сазерленд Елтон (1900-1991) - британський вчений, що в першу чергу прославився винаходом графічної моделі екосистеми. Викладав у Оксфордському університеті. Відомий фахівець у галузі зоології та біології, один із основоположників еволюційної екології та вчення про популяції. Вперше Елтон представив концепцію ЕП у книзі «Екологія тварин» («Animal Ecology»). У ній він сформулював такі основні поняття, як «ланцюг харчування», «піраміда чисел», «трофічні зв'язки» та інші. Харчовий ланцюг - це послідовність взаємозв'язків між організмами в екосистемі, де одні види є джерелом живлення для інших. Також можна використовувати синонімічний термін "трофічний ланцюг". Слово "трофічний" походить від грецького "τροφή", що буквально означає "їжа". Приклад найпростішого харчового ланцюга, що складається з чотирьох рівнів: На прикладі цього трофічного ланцюга можна простежити, що в екосистемі відбувається безперервний кругообіг речовини та енергії. Трофічний рівень - це позиція організму в ланцюзі живлення, що визначається його роллю у передачі енергії та поживних речовин. Залежно від типу харчування виділяють три основні групи організмів: Основні завдання, які можуть вирішувати ЕП: Існують різні види ЕП. Зазвичай екологи окремо вивчають два типи трофічних ланцюгів в екосистемах: Екологічні піраміди найчастіше зображують для ланцюгів поїдання. Вони зазвичай складаються лише їх чотирьох — п'яти щаблів. Залежно від головного характеру відображуваної інформації на графічній моделі виділяють три основні типи ЕП: Екологічна піраміда показує, що кількість енергії або біомаси зменшується з кожним наступним рівнем, тому що частина енергії втрачається у вигляді тепла під час передачі від одного рівня до іншого. Тому верхні рівні піраміди зазвичай містять менше організмів ніж нижні. Правило Ліндемана є одним із ключових принципів в екології, пов'язаних із передачею енергії в екосистемі. Його ще називають "Правило 10%". Це правило було сформульовано молодим вченим Лінеманом у 1942 році на основі його досліджень водних екосистем Міннесоти. Реймонд Ліндеман (1915-1942) - американський еколог, автор наукових праць з біоенергетики природних угруповань. Згідно з правилом Ліндемана, при передачі енергії від одного трофічного рівня до іншого зазвичай переноситься тільки близько 10% від її кількості. Тобто лише невелика частина енергії, отриманої організмами одному рівні, переходить до організмів наступного щаблі. Решта енергії втрачається як тепла під час обміну речовин і життєдіяльності організмів. Це правило підкреслює неефективність передачі енергії в екосистемі та пояснює, чому кожен наступний трофічний рівень містить менше біомаси та енергії, ніж попередній. Правило Ліндемана допомагає зрозуміти структуру та функціонування екосистем, а також оцінити енергетичну ефективність харчових кіл. Правило Ліндемана добре працює для піраміди енергії та біомаси, але його складно застосовувати для піраміди чисел, оскільки кількість особин у популяції сильно варіює і може значно відрізнятися від описаної закономірності. Також в основі функціонування ЕП лежать такі принципи: Піраміда чисел та біомаси може бути зверненою або частковою зверненою (розширеною) зверху. Це з тим, що середні розміри продуцентів може бути менше, ніж розміри консументів. Найчастіше такі «зворотні» піраміди зустрічаються у морських екосистемах. Нижче наведено приклади ЕП із короткою характеристикою. На ілюстрації представлені дві екологічні піраміди біомаси – лугова та морська. Згідно з правилом Ліндемана, на першому рівні перебуватиме 1000 кг органічної речовини, на другому – 100 кг, на третьому – 10 кг, на четвертому – 1 кг. Тобто теоретично на кожен 1 кг органічної речовини хижої птиці має бути витрачено 1 тонну лугових трав. Це приблизні підрахунки, оскільки в реальній екосистемі все влаштовано набагато складніше і доводиться враховувати багато додаткових факторів. У морській ЕП рівні виглядатимуть так: У морських екосистемах біомаса може збільшуватися в міру просування харчового ланцюга від первинних продуцентів до хижаків, що створює перевернуту піраміду біомас. В ЕП енергії як одиниця виміру зазвичай беруться калорії або джоулі на один квадратний метр. Наприклад, лісова біомаса екосистеми містить енергію 10 000 ккал/м². При переході другого трофічний рівень втрачається 90 % енергії. Олені, які живляться рослинною їжею лісової екосистеми, отримають енергію у кількості 1000 ккал/м². До консументів другого порядку (наприклад, вовкам) переходить 100 ккал/м². Наскільки корисною була для вас стаття?Екологічні піраміди
Піраміда чисел
Піраміда біомас
Піраміда енергії
Екологічна піраміда - види, характеристика та ефективність
Історія та опис
Екологічна ефективність
Види екологічних пірамід
Чисельність особин
Маса живих організмів
Енергія та її передача
Деякі обмеження
Схожі записи:
У чому суть екологічної піраміди
Види
У чому суть правила екологічної піраміди
Приклади