Экологические пирамиды

Рис. 2 Поток энергии в экосистеме

Второй закон термодинамики гласит, что процессы, свя­занные с превращениями энергии, могут протекать само произвольно лишь при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную. В соответствии с этим законом растениями используется лишь часть посту­пающей в экосистему солнечной энергии. Остальная энер­гия рассеивается и переходит в тепловую, которая расходу­ется на нагревание среды экосистемы. Небольшая часть сол­нечной энергии, поглощенная растением, расходуется на продукционный процесс, т. е. образование биомассы. Далее, переходя на следующие трофические уровни, вместе с пи­щей в виде химических связей, энергия также рассеивается и уменьшается в количестве, пока полностью не рассеется.

Пищевая цепь — основной канал переноса энергии в экосистеме. Растения являются первичными поставщика­ми энергии для всех других организмов в цепях питания. Существуют определенные закономерности перехода энер­гии с одного трофического уровня на другой вместе с по­требляемой пищей. Во-первых, основная часть энергии, усвоенная консументом с пищей, расходуется на его жиз­необеспечение (движение, поддержание температуры и т.п.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыха­ние. Во-вторых, часть энергии переходит в тело организма потребителя «в запас». В-третьих, некоторая доля пищи не усваивается организмом, следовательно, из нее не вы­свобождается энергия. В последующем она высвобождает­ся из экскрементов, но другими организмами (деструкто­рами), которые потребляют их в пищу. Выделение энергии с экскрементами у хищников невелико, у травоядных оно более значительно. Например, гусеницы некоторых насе­комых, питающиеся растениями, выделяют с экскремен­тами до 70% энергии.

В каждом звене пищевой цепи большая часть энергии расходуется в виде тепла, теряется, что ограничивает число звеньев. В среднем, максимальные траты на дыхание в сум­ме с неусвоенной пищей составляют около 90% от потреб­ленной. Поэтому переход энергии с одного трофического уровня на другой составляет всего около 10% энергии, употребленной в пищу. Нетрудно подсчитать, что энергия, доходящая до 5 уровня, составляет всего 0,01% энергии, поглощенной продуцентами. Эта закономерность называет­ся «правилом десяти процентов». Она показывает, что цепь питания имеет ограниченное число звеньев, обычно не бо­лее 4—5. Пройдя через них, практически вся энергия оказывается рассеянной. Поэтому необходим постоянный приток энергии, чтобы экосистема могла существовать.

При передаче энергии с одного трофического уровня на дру­гой большая часть энергии рассеивается в виде тепла, и только 5—10 % от первоначального количества передается по пище­вой цепи. Поэтому пищевые цепи можно представить в виде экологической пирамиды.

Различают три основных типа экологических пирамид. Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение чис­ленности организмов от продуцентов к консументам. Пирами­да биомасс показывает изменение биомасс на каждом следую­щем трофическом уровне: для наземных экосистем пирамида биомасс сужается кверху, для экосистемы океана — имеет пе­ревернутый характер, что связано с быстрым потреблением фитопланктона консументами. Пирамида энергии (продукции) имеет универсальный характер и отражает уменьшение коли­чества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.

центов больше, чем масса консументов I порядка, консументов I порядка больше, чем консументов II порядка и т.д., поэтому график имеет вид нормальной пирамиды. В водных экосистемах экологическая пирамида перевернута, так как с повышением трофическо­го уровня запас биомассы увеличивается.

Основной продуцент в водных экосистемах — фитопланк­тон. Одноклеточные водоросли, преобладающие в нем, жи­вут от нескольких дней до нескольких недель. Организмы второго (потребитель планктона) и последующих трофиче­ских уровней живут дольше и накапливают большую био­массу. Такая перевернутая пирамида бывает не во все сезоны годы. Весной, в период массового развития планктона, его биомасса выше биомассы организмов второго и третьего тро­фических уровней.

3. Пирамида энергии — разновидность пирамиды био­масс, в которой представлено количество энергии, заклю­ченной в каждом из трофических уровней экосистемы или проходящей через эти уровни (рис. 31).

Дата добавления: 2013-12-13