Экологические пирамиды

Экологическая пирамида - графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников; видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме.

Схематически изображать эти соотношения предложил американский зоолог Чарльз Элтон в 1927 году.

При схематическом  изображении каждый уровень показывают в виде прямоугольника, длина или  площадь которого соответствует  численным значениям звена пищевой  цепи (пирамида Элтона), их массе или  энергии. Расположенные в определенной последовательности прямоугольники создают  различные по форме пирамиды.

Основанием пирамиды служит первый трофический уровень - уровень продуцентов, последующие  этажи пирамиды образованы следующими уровнями пищевой цепи - консументами различных порядков. Высота всех блоков в пирамиде одинакова, а длина  пропорциональна числу, биомассе или  энергии на соответствующем уровне.

Экологические пирамиды различают в зависимости от показателей, на основании которых строится пирамида. При этом для всех пирамид установлено  основное правило, согласно которому в  любой экосистеме больше растений, чем животных, травоядных, чем плотоядных, насекомых, чем птиц.

На основе правила  экологической пирамиды можно определить или рассчитать количественные соотношения  разных видов растений и животных в естественных и искусственно создаваемых  экологических системах. Например, 1 кг массы морского зверя (тюленя, дельфина) нужно 10 кг съеденной рыбы, а этим 10 кг нужно уже 100 кг их корма - водных беспозвоночных, которым в свою очередь  для образования такой массы  необходимо съедать 1000 кг водорослей и  бактерий. В данном случае экологическая  пирамида будет устойчива.

Однако, как известно, из каждого правила бывают исключения, которые будут рассмотрены в  каждом типе экологических пирамид.

Типы экологических  пирамид

1. пирамиды чисел - на каждом уровне откладывается численность отдельных организмов

Пирамида чисел  отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд  звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.3).

Например, чтобы  прокормить одного волка, необходимо по крайней мере несколько зайцев, на которых он мог бы охотиться; чтобы  прокормить этих зайцев, нужно довольно большое количество разнообразных  растений. В данном случае пирамида будет иметь вид треугольника с широким основанием суживающимся кверху.

Однако подобная форма пирамиды чисел характерна не для всех экосистем. Иногда они  могут быть обращенными, или перевернутыми. Это касается пищевых цепей леса, когда продуцентами служат деревья, а первичными консументами - насекомые. В этом случае уровень первичных  консументов численно богаче уровня продуцентов (на одном дереве кормится большое количество насекомых), поэтому  пирамиды чисел наименее информативны и наименее показательны, т.е. численность  организмов одного трофического уровня в значительной степени зависит  от их размеров.

2. пирамиды биомасс - характеризует общую сухую или сырую массу организмов на данном трофическом уровне, например, в единицах массы на единицу площади - г/м², кг/га, т/км² или на объем - г/м³ (рис.4)

Обычно в наземных биоценозах общая масса продуцентов  больше, чем каждого последующего звена. В свою очередь, общая масса  консументов первого порядка  больше, нежели консументов второго  порядка и т.д.

В данном случае (если организмы не слишком различаются  по размерам) пирамида также будет  иметь вид треугольника с широким  основанием суживающимся кверху. Однако и из этого правила имеются  существенные исключения. Например, в  морях биомасса растительноядного  зоопланктона существенно (иногда в 2-3 раза) больше биомассы фитопланктона, представленного преимущественно  одноклеточными водорослями. Это объясняется  тем, что водоросли очень быстро выедаются зоопланктоном, но от полного  выедания их предохраняет очень высокая  скорость деления их клеток.

В целом для наземных биогеоценозов, где продуценты крупные  и живут сравнительно долго, характерны относительно устойчивые пирамиды с  широким основанием. В водных же экосистемах, где продуценты невелики по размеру и имеют короткие жизненные  циклы, пирамида биомасс может быть обращенной, или перевернутой (острием  направлена вниз). Так, в озерах и  морях масса растений превышает  массу потребителей только в период цветения (весной), а в остальное  время года может создаться обратное положение.

Пирамиды чисел  и биомасс отражают статику системы, т. е. характеризуют количество или  биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информации о трофической структуре  экосистемы, хотя позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных  с сохранением устойчивости экосистем.

Пирамида чисел  позволяет, например, рассчитывать допустимую величину улова рыбы или отстрела животных в охотничий период без  последствий для нормального  их воспроизведения.

3. пирамиды энергии - показывает величину потока энергии или продуктивности на последовательных уровнях (рис.5).

В противоположность  пирамидам чисел и биомассы, отражающим статику системы (количество организмов в данный момент), пирамида энергии  отражая картину скоростей прохождения  массы пищи (количества энергии) через  каждый трофический уровень пищевой  цепи, дает наиболее полное представление  о функциональной организации сообществ.

На форму этой пирамиды не влияют изменения размеров и интенсивности метаболизма  особей, и если учтены все источники  энергии, то пирамида всегда будет иметь  типичный вид с широким основанием и суживающейся верхушкой. При построении пирамиды энергии в ее основание  часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии.

Пирамиды энергии  позволяют сравнивать энергетическую значимость популяций внутри экосистемы и иллюстрировать количественные отношения  в отдельных, представляющих особый интерес частях экосистем, например, в звеньях жертва-хищник или хозяин-паразит.

В 1942 г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон  пирамиды энергий (закон 10 процентов), согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой трофический уровень переходит  в среднем около 10% поступившей  на предыдущий уровень экологической  пирамиды энергии. Остальная часть  энергии теряется в виде теплового  излучения, на движение и т.д. Организмы  в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90% всей энергии, которая расходуется  на поддержание их жизнедеятельности.