Co je definice pyramidy biomasy. Ekologické pyramidy
1. Co je to potravní síť?
Odpověď. Potravní (trofický) řetězec – řada druhů rostlin, živočichů, hub a mikroorganismů, které jsou navzájem spojeny vztahem: potrava – konzument. Potravinová síť je systém vztahů mezi potravními řetězci.
2. Jaké organismy jsou producenty?
Odpověď. Producenti jsou organismy schopné syntetizovat organické látky z anorganických, tedy všechny autotrofy. Jedná se především o zelené rostliny (při procesu fotosyntézy syntetizují organické látky z anorganických látek), nicméně některé typy chemotrofních bakterií jsou schopny čistě chemické syntézy organické hmoty bez slunečního záření.
3. Jak se liší spotřebitelé od výrobců?
Otázky za § 85
1. Co je to ekologická pyramida? Jaké procesy v komunitě odráží?
Odpověď. Pokles množství energie při přechodu z jedné trofické úrovně do druhé (vyšší) určuje počet těchto úrovní a poměr predátorů a kořisti. Odhaduje se, že jakákoli daná trofická úroveň přijímá asi 10 % (nebo o něco více) energie předchozí úrovně. Celkový počet trofických úrovní je proto zřídka vyšší než čtyři až šest.
Tento jev, znázorněný graficky, se nazývá ekologická pyramida. Existuje pyramida čísel (jednotlivců), pyramida biomasy a pyramida energie.
Základ pyramidy tvoří producenti (rostliny). Nad nimi jsou konzumenti prvního řádu (býložravci). Další úroveň představují spotřebitelé druhého řádu (predátoři). A tak dále až na vrchol pyramidy, který okupují největší predátoři. Výška pyramidy obvykle odpovídá délce potravního řetězce.
Pyramida biomasy ukazuje poměr biomasy organismů různých trofických úrovní, zobrazený graficky tak, že délka nebo plocha obdélníku odpovídající určité trofické úrovni je úměrná jeho biomase.
2. Jaký je rozdíl mezi pyramidami čísel a energií?
Odpověď. Ekologické pyramidy lze rozdělit do tří hlavních typů:
Pyramidy čísel, které odrážejí počet jednotlivých organismů; pyramidy biomasy charakterizující celkovou hmotnost jedinců na každé trofické úrovni; produkční pyramidy charakterizující produkci každé trofické úrovně.
Populační pyramidy jsou zpravidla nejméně informativní a indikativní, protože počet organismů jedné trofické úrovně v ekosystému do značné míry závisí na jejich velikosti. Například hmotnost jedné lišky se rovná hmotnosti několika stovek myší.
Typicky je počet heterotrofních organismů v ekosystému vyšší než autotrofních organismů. Jeden strom (první trofická úroveň) může uživit až několik tisíc hmyzu (druhá trofická úroveň). Se zvýšením trofické úrovně heterotrofních organismů se průměrná velikost jedinců na ní umístěných obvykle zvyšuje a jejich počet klesá. Populační pyramidy v ekosystémech proto často vypadají jako „vánoční stromeček“.
Pyramidy z biomasy mnohem lépe vyjadřují vztahy mezi různými trofickými úrovněmi ekosystému. Obecně platí, že biomasa nižších úrovní převyšuje biomasu vyšších úrovní. Z tohoto pravidla však existují významné výjimky. Například v mořích je biomasa býložravého zooplanktonu výrazně (někdy 2–3krát) větší než biomasa fytoplanktonu, zastoupeného především jednobuněčnými řasami. To je vysvětleno skutečností, že řasy jsou velmi rychle požírány zooplanktonem, ale před úplnou konzumací jsou chráněny velmi vysokou rychlostí buněčného dělení.
Nejúplnější obraz o funkční organizaci ekosystémů poskytují produktové pyramidy. V tomto případě je lepší reprezentovat produkční hodnoty každé trofické úrovně v jednotlivých měrných jednotkách, nejlépe v energetických jednotkách. V tomto případě budou pyramidy produktů pyramidami energií.
Na rozdíl od pyramid čísel a biomasy, které odrážejí statiku systému (tj. charakterizují počet organismů v daném čase), pyramidy produkce charakterizují rychlost průchodu energie potravy trofickými řetězci. Pokud jsou správně zohledněny všechny hodnoty příjmu a výdeje energie v trofickém řetězci, pak v souladu s druhým zákonem termodynamiky budou mít pyramidy produktů vždy správný tvar.
Počet a biomasa organismů, které lze za určitých podmínek udržet na kterékoli úrovni, nezávisí na množství fixní energie, která je aktuálně k dispozici na předchozí úrovni (tj. na biomase druhé úrovně), ale na rychlosti produkce potravin při to.
3. Proč může být populační pyramida přímá nebo obrácená?
Odpověď. Pokud je míra reprodukce populace kořisti vysoká, pak i při nízké biomase může být taková populace dostatečným zdrojem potravy pro dravce, kteří mají vyšší biomasu, ale nízkou míru reprodukce. Z tohoto důvodu mohou být pyramidy hojnosti nebo biomasy obráceny, tj. nízké trofické úrovně mohou mít nižší hustotu a biomasu než vyšší úrovně.
Například mnoho hmyzu může žít a živit se na jednom stromě (obrácená populační pyramida). Obrácená pyramida biomasy je charakteristická pro mořské ekosystémy, kde se primární producenti (fytoplanktonické řasy) dělí velmi rychle a jejich konzumenti (zooplanktoni korýši) jsou mnohem větší, ale množí se mnohem pomaleji. Mořští obratlovci mají ještě větší hmotnost a dlouhé reprodukční cykly.
Vypočítejte podíl přijaté energie na 5. trofické úrovni za předpokladu, že její celkové množství na 1. úrovni bylo 500 jednotek.
Odpověď. První úroveň je 500, druhá je 50, třetí je 5, čtvrtá je 0,5, pátá je 0,05 jednotek.
V žádném trofickém řetězci není všechna potrava využita pro růst jedince, tzn. pro akumulaci jeho biomasy. Část se vynakládá na uspokojení energetických nákladů těla (dýchání, pohyb, rozmnožování, udržování tělesné teploty).
V tomto případě nemůže být biomasa jednoho článku zcela zpracována dalším článkem a v každém následujícím článku trofického řetězce dochází k poklesu biomasy.
V průměru se má za to, že jen asi 10 % biomasy a energie s ní spojené se přesune z každé trofické úrovně do další, tzn. Produkce organismů každé následující trofické úrovně je vždy v průměru 10krát nižší než produkce předchozí úrovně.
Takže např. v průměru z 1000 kg rostlin vznikne 100 kg biomasy býložravých živočichů (prvořádových konzumentů). Masožravci (konzumenti 2. řádu), kteří se živí býložravci, dokážou z tohoto množství syntetizovat 10 kg biomasy a predátoři (konzumenti 3. řádu), kteří se živí masožravci, syntetizují pouze 1 kg biomasy.
Tedy , celková biomasa, energie v ní obsažená, stejně jako počet jedinců progresivně klesají, jak stoupají přes trofické úrovně.
Tento vzor se nazývá pravidla ekologické pyramidy.
Tento jev poprvé studoval Charles Elton (1927) a byl jím pojmenován pyramida čísel nebo Eltonova pyramida.
Ekologická pyramida - jedná se o grafické znázornění vztahu mezi výrobci a spotřebiteli různých řádů, vyjádřené v jednotkách biomasy (biomasová pyramida), počet jednotlivců (číselná pyramida) nebo energii obsaženou ve hmotě živé hmoty (energetická pyramida) ( Obr.6).
Obr.6. Ekologické pyramidové schéma.
Ekologická pyramida vyjadřuje trofickou strukturu ekosystémů v geometrické podobě.
Existují tři hlavní typy ekologických pyramid: pyramida čísel (čísel), pyramida biomasy a pyramidy energie.
1) pyramidy čísel na základě počtu organismů na každé trofické úrovni; 2) pyramidy z biomasy , které využívají celkovou hmotnost (obvykle suchou) organismů na každé trofické úrovni; 3)
energetické pyramidy s přihlédnutím k energetické náročnosti organismů na každé trofické úrovni.
Pyramidy energie
jsou považovány za nejdůležitější, protože přímo řeší základ potravinových vztahů - tok energie nezbytné pro život jakéhokoli organismu.
Pyramida čísel (čísla)
Pyramida čísel (abundance) neboli Eltonova pyramida odráží počet jednotlivých organismů na každé trofické úrovni.
Populační pyramida představuje nejjednodušší přiblížení ke studiu trofické struktury ekosystému.
V tomto případě se nejprve spočítá počet organismů na daném území, seskupí se podle trofických úrovní a zobrazí se ve formě obdélníku, jehož délka (nebo plocha) je úměrná počtu organismů žijících v dané oblasti ( nebo v daném objemu, jde-li o vodní ekosystém).
Populační pyramida může mít pravidelný tvar, tzn. zužují se nahoru (správně nebo rovně) a možná s obráceným vrcholem dolů (obráceným nebo obráceným) Obr.
správný (rovný) převrácený (obrácený)
(rybník, jezero, louka, step, pastvina atd.) (v létě mírný les atd.)
Obr.7. Pyramida čísel (1 – správně; 2 – obráceně)
Populační pyramida má správný tvar, tzn. se zužuje při přechodu z úrovně producentů do vyšších trofických úrovní, a to pro vodní ekosystémy (rybník, jezero aj.) a suchozemské ekosystémy (louka, step, pastviny aj.).
Populační pyramida pro některé ekosystémy, jako je les mírného pásma, je obrácená.
Obr.7. Pyramida čísel (1 – správně; 2 – obráceně)
v lesích mírného pásma v létě malý počet velkých stromů – producentů – zásobuje potravou obrovské množství drobného fytofágního hmyzu a ptáků – konzumentů prvního řádu.
V ekologii se však populační pyramida používá zřídka, protože kvůli velkému počtu jedinců na každé trofické úrovni je velmi obtížné zobrazit strukturu biocenózy na jednom měřítku.
Pyramida biomasy
Pyramida biomasy plněji odráží nutriční vztahy v ekosystému, protože bere v úvahu celkovou hmotnost organismů (biomasu) každé trofické úrovně.
Obdélníky v pyramidách z biomasy zobrazit hmotnost organismů každé trofické úrovně na jednotku plochy nebo objemu.
Pyramidy biomasy, stejně jako pyramidy čísel, mohou být nejen pravidelného tvaru, ale i převrácené (obrácené) obr. 8. Obr.
Spotřebitelé 3. řádu
Spotřebitelé 2. řádu
spotřebitelé 1. řádu
Producenti
správný (rovný) převrácený (obrácený)
(suchozemské ekosystémy: (vodní ekosystémy: jezero,
louka, pole atd.) rybník a zejména moře
ekosystémy)
Obr.7. Pyramida biomasy (1 – správně; 2 – převrácená)
U většiny suchozemských ekosystémů (louka, pole atd.) celková biomasa každé následující trofické úrovně potravního řetězce klesá.
Vzniká tak pyramida biomasy, kde výrazně převažují producenti a nad nimi postupně klesají trofické úrovně konzumentů, tzn. Pyramida z biomasy má správný tvar.
Obr.7. Pyramida čísel (1 – správně; 2 – obráceně)
v průměru z 1000 kg rostlin vznikne 100 kg těla býložravých živočichů - konzumentů prvního řádu (fytofágů). Masožravci - konzumenti druhého řádu, požírající býložravci, dokážou z tohoto množství syntetizovat 10 kg své biomasy.
A predátoři – konzumenti třetího řádu, živící se masožravci, syntetizují pouze 1 kg své biomasy.
Vysvětluje se to tím, že ve vodních ekosystémech je producentem mikroskopický fytoplankton, který rychle roste a rozmnožuje se), který v dostatečném množství nepřetržitě dodává živou potravu spotřebitelům, kteří rostou a množí se mnohem pomaleji. Zooplankton (nebo jiná zvířata, která se živí fytoplanktonem) akumuluje biomasu v průběhu let a desetiletí, zatímco fytoplankton má extrémně krátkou životnost (několik dní nebo hodin).
Ekologické pyramidy
Funkční vztahy, tedy trofickou strukturu, lze znázornit graficky, formou tzv. ekologické pyramidy. Základem pyramidy je úroveň výrobců a následné úrovně výživy tvoří patra a vrchol pyramidy. Existují tři hlavní typy ekologických pyramid: 1) pyramida čísel, odrážející počet organismů na každé úrovni (Eltonova pyramida); 2) biomasová pyramida, charakterizující hmotnost živé hmoty - celkovou sušinu, obsah kalorií atd.; 3) produktová pyramida(nebo energie), mající univerzální charakter, vykazující změny v primární produkci (nebo energii) na postupných trofických úrovních.
Pyramida čísel ukazuje jasný vzorec objevený Eltonem: počet jednotlivců tvořících sekvenční řadu vazeb od výrobců ke spotřebitelům neustále klesá (obr. 5.). Tento vzorec je založen zaprvé na skutečnosti, že k vyvážení hmoty velkého tělesa je potřeba mnoho malých těles; za druhé dochází ke ztrátě množství energie z nižších na vyšší trofické úrovně (pouze 10 % energie dosáhne předchozí úrovně z každé úrovně) a za třetí existuje nepřímý vztah mezi metabolismem a velikostí jedinců (čím menší organismus, čím intenzivnější je metabolismus, tím vyšší je rychlost růstu jejich počtu a biomasy).
Rýže. 5. Zjednodušené schéma Eltonovy pyramidy
Populační pyramidy se však budou v různých ekosystémech velmi lišit tvarem, takže je lepší uvádět čísla v tabulkové formě, ale biomasu v grafické podobě. Jasně udává množství veškeré živé hmoty na dané trofické úrovni, například v jednotkách hmotnosti na jednotku plochy - g/m2 nebo objemu - g/m3 atd.
V suchozemských ekosystémech platí následující pravidlo: pyramidy z biomasy: celková hmotnost rostlin převyšuje hmotnost všech býložravců a jejich hmotnost přesahuje celou biomasu predátorů. Toto pravidlo je dodržováno a biomasa celého řetězce se mění se změnami v hodnotě čisté produkce, jejíž poměr ročního přírůstku k biomase ekosystému je malý a v lesích různých geografických zón se pohybuje od 2 do 6 %. A pouze v lučních rostlinných společenstvích může dosáhnout 40-55% a v některých případech v polopouštích - 70-75%. Na Obr. Obrázek 6 ukazuje pyramidy biomasy některých biocenóz. Jak je vidět z obrázku, pro oceán je výše uvedené pravidlo o pyramidě biomasy neplatné – má obrácený (obrácený) vzhled.
Rýže. 6. Pyramidy biomasy některých biocenóz: P - producenti; RK - býložraví konzumenti; PC - masožraví konzumenti; F – fytoplankton; Z - zooplankton
Oceánský ekosystém je charakterizován tendencí k akumulaci biomasy na vysokých úrovních mezi predátory. Dravci žijí dlouho a míra obměny jejich generací je nízká, ale mezi producenty - fytoplanktonními řasami - může být rychlost obratu stokrát vyšší než zásoby biomasy. To znamená, že jejich čistá produkce i zde převyšuje produkci absorbovanou spotřebiteli, tj. úrovní výrobců prochází více energie než všemi spotřebiteli.
Je tedy zřejmé, že ještě dokonalejší odraz vlivu trofických vztahů na ekosystém by měl být pravidlem produktové (nebo energetické) pyramidy: na každé předchozí trofické úrovni je množství biomasy vytvořené za jednotku času (nebo energie) větší než na další.
Trofické nebo potravní řetězce mohou být znázorněny ve tvaru pyramidy. Číselná hodnota každého stupně takové pyramidy může být vyjádřena počtem jedinců, jejich biomasou nebo energií v ní akumulovanou.
Podle zákon pyramidy energií R. Lindemanna a pravidlo deseti procent z každého stupně přibližně 10 % (od 7 do 17 %) energie nebo hmoty v energetickém vyjádření přechází do dalšího stupně (obr. 7). Všimněte si, že na každé další úrovni se s klesajícím množstvím energie zvyšuje její kvalita, tzn. schopnost vykonat práci na jednotku živočišné biomasy je odpovídající početkrát vyšší než stejné množství rostlinné biomasy.
Pozoruhodným příkladem je potravní řetězec otevřeného moře, reprezentovaný planktonem a velrybami. Hmota planktonu je rozptýlena ve vodě oceánu a při bioproduktivitě otevřeného moře nižší než 0,5 g/m 2 den -1 je množství potenciální energie v metru krychlovém mořské vody nekonečně malé ve srovnání s energií velryby. , jehož hmotnost může dosáhnout několika stovek tun. Jak víte, velrybí olej je vysoce kalorický produkt, který se dokonce používal k osvětlení.
V souladu s posledním obrázkem je formulován pravidlo jednoho procenta: pro stabilitu biosféry jako celku by podíl možné konečné spotřeby čisté primární produkce v energetickém vyjádření neměl překročit 1 %.
Obr.7. Pyramida přenosu energie podél potravního řetězce (podle Yu. Odum)
Odpovídající posloupnost je pozorována i při ničení organické hmoty: asi 90 % energie čisté primární produkce uvolňují mikroorganismy a houby, méně než 10 % bezobratlí živočichové a méně než 1 % obratlovci, kteří jsou konečnou cosumentors.
V konečném důsledku všechna tři pravidla pyramid odrážejí energetické vztahy v ekosystému a pyramida produktů (energie) má univerzální charakter.
V přírodě se ve stabilních systémech biomasa mírně mění, to znamená, že příroda má tendenci využívat celou hrubou produkci. Znalost energie ekosystému a jeho kvantitativních ukazatelů umožňuje přesně zohlednit možnost odstranění určitého množství rostlinné a živočišné biomasy z přirozeného ekosystému, aniž by došlo k narušení jeho produktivity.
Člověk přijímá poměrně hodně produktů z přírodních systémů, nicméně hlavním zdrojem potravy je pro něj zemědělství. Po vytvoření agroekosystémů se člověk snaží získat co nejvíce čistých rostlinných produktů, ale polovinu rostlinné hmoty potřebuje utratit na krmení býložravců, ptáků atd., značná část produktů jde do průmyslu a ztrácí se v odpadu. , tedy i zde se ztrácí asi 90 % je čistá výroba a jen asi 10 % je přímo použito pro lidskou spotřebu.
V přírodních ekosystémech se energetické toky také mění v intenzitě a charakteru, ale tento proces je regulován působením faktorů prostředí, což se projevuje v dynamice ekosystému jako celku.
Spoléháme-li se na potravní řetězec jako základ pro fungování ekosystému, je také možné vysvětlit případy akumulace určitých látek v tkáních (například syntetických jedů), které se při pohybu po potravním řetězci nevylučují. podílet se na normálním metabolismu organismů. Podle pravidla biologického vylepšení Při přechodu na vyšší úroveň ekologické pyramidy dochází k přibližně desetinásobnému zvýšení koncentrace škodliviny. Zejména zdánlivě nevýznamně zvýšený obsah radionuklidů v říční vodě na první úrovni trofického řetězce je asimilován mikroorganismy a planktonem, poté se koncentruje v tkáních ryb a dosahuje maximálních hodnot u racků. Jejich vejce mají úroveň radionuklidů 5000krát vyšší než kontaminace pozadí.
Typy ekosystémů:
Existuje několik klasifikací ekosystémů. Za prvé, ekosystémy jsou rozděleny podle povahy původu a dělí se na přírodní (bažina, louka) a umělé (orná půda, zahrada, vesmírná loď).
Podle velikosti Ekosystémy se dělí na:
1. mikroekosystémy (například kmen padlého stromu nebo mýtina v lese)
2. mezoekosystémy (lesní nebo stepní les)
3. makroekosystémy (tajga, moře)
4. ekosystémy na globální úrovni (planeta Země)
Energie je nejpohodlnějším základem pro klasifikaci ekosystémů. Existují čtyři základní typy ekosystémů druh zdroje energie:
- poháněné Sluncem, špatně dotované
- poháněné Sluncem, dotované z jiných přírodních zdrojů
- poháněné Sluncem a dotované člověkem
- poháněné palivem.
Ve většině případů lze využít dva zdroje energie – Slunce a palivo.
Přírodní ekosystémy poháněné sluncem, málo dotované- to jsou otevřené oceány, vysokohorské lesy. Všechny přijímají energii téměř výhradně z jednoho zdroje – Slunce a mají nízkou produktivitu. Roční spotřeba energie se odhaduje přibližně na 10 3 -10 4 kcal-m 2. Organismy žijící v těchto ekosystémech jsou adaptovány na vzácné množství energie a dalších zdrojů a efektivně je využívají. Tyto ekosystémy jsou pro biosféru velmi důležité, protože zabírají rozsáhlé oblasti. Oceán pokrývá asi 70 % povrchu zeměkoule. Ve skutečnosti se jedná o hlavní systémy podpory života, mechanismy, které stabilizují a udržují podmínky na „kosmické lodi“ - Zemi. Zde se denně čistí obrovské objemy vzduchu, vrací se do oběhu voda, vytvářejí se klimatické podmínky, udržuje se teplota a plní se další životodárné funkce. Některé potraviny a další materiály se zde navíc vyrábějí bez jakéhokoli lidského přičinění. Je třeba také říci o estetických hodnotách těchto ekosystémů, které nelze vzít v úvahu.
Přírodní ekosystémy poháněné Sluncem, dotované z jiných přírodních zdrojů, jsou ekosystémy, které jsou přirozeně úrodné a produkují přebytečnou organickou hmotu, která se může hromadit. Dostávají přirozené energetické dotace ve formě energie z přílivu a odlivu, příboje, proudů, organických a minerálních látek pocházejících z povodí s deštěm a větrem atd. Jejich spotřeba energie se pohybuje od 1 * 10 4 do 4 * 10 4 kcal * m - 2 *rok -1 . Pobřežní část ústí, jako je Neva Bay, je dobrým příkladem takových ekosystémů, které jsou úrodnější než přilehlé pevniny, které dostávají stejné množství sluneční energie. Nadměrnou úrodnost lze pozorovat i v deštných pralesích.
Ekosystémy poháněné sluncem a dotované lidmi, jsou suchozemské a vodní agroekosystémy, které získávají energii nejen ze Slunce, ale také od lidí ve formě energetických dotací. Jejich vysoká produktivita je podporována svalovou energií a energií paliva, které se vynakládají na pěstování, zavlažování, hnojení, selekci, zpracování, přepravu atd. Chléb, kukuřice, brambory jsou „částečně vyrobené z oleje“. Nejproduktivnější zemědělství dostává přibližně stejné množství energie jako nejproduktivnější přírodní ekosystémy druhého typu. Jejich produkce dosahuje přibližně 50 000 kcal*m -2 rok -1 . Rozdíl mezi nimi je v tom, že člověk směřuje co nejvíce energie do produkce omezeného druhu potravy, zatímco příroda ji rozděluje mezi mnoho druhů a akumuluje energii na „deštivý den“, jako by ji strčila do různých kapes. Tato strategie se nazývá „strategie rozmanitosti pro přežití“.
Průmyslově-městské ekosystémy poháněné palivem, je vrcholným úspěchem lidstva. V průmyslových městech vysoce koncentrovaná palivová energie nedoplňuje, ale nahrazuje solární energii. Jídlo, produkt systémů poháněných Sluncem, se do města dostává zvenčí. Charakteristickým rysem těchto ekosystémů je enormní energetická náročnost hustě osídlených městských oblastí – je o dva až tři řády větší než u prvních tří typů ekosystémů. Pokud se v nedotovaných ekosystémech pohybuje příliv energie od 10 3 do 10 4 kcal*m -2 rok -1 a v dotovaných systémech druhého a třetího typu - od 10 4 do 4*10 4 kcal*m -2 rok -1 Ve velkých průmyslových městech spotřeba energie dosahuje několika milionů kcal na 1 m 2: New York -4,8 * 10 6, Tokio - 3 * 10 6, Moskva - 10 6 kcal * m -2 rok -1.
Spotřeba lidské energie ve městě je v průměru více než 80 milionů kcal*rok -1 ; na výživu potřebuje jen asi 1 milion kcal*rok -1, proto na všechny ostatní druhy činností (domácnost, doprava, průmysl atd.) člověk vydá 80x více energie, než je potřeba pro fyziologické fungování organismu . Samozřejmě v rozvojových zemích je situace poněkud odlišná.
V důsledku složitých nutričních vztahů mezi různými organismy, trofické (potravinové) spoje nebo potravní řetězce. Potravní řetězec se obvykle skládá z několika článků:
výrobci – konzumenti – rozkladači.
Ekologická pyramida– množství rostlinné hmoty, která slouží jako základ výživy, je několikanásobně větší než celková hmotnost býložravých zvířat a hmotnost každého z následujících článků potravního řetězce je menší než předchozího (obr. 54).
Ekologická pyramida - grafické znázornění vztahu mezi producenty, konzumenty a rozkladači v ekosystému.
Rýže. 54. Zjednodušené schéma ekologické pyramidy
nebo pyramidy čísel (podle Korobkina, 2006)
Grafický model pyramidy byl vyvinut v roce 1927 americkým zoologem Charles Elton. Základem pyramidy je první trofická úroveň - úroveň výrobců a další patra pyramidy tvoří další úrovně - konzumenti různých řádů. Výška všech bloků je stejná a délka je úměrná počtu, biomase nebo energii na odpovídající úrovni. Existují tři způsoby, jak postavit ekologické pyramidy.
1. Pyramida čísel (početnost) odráží počet jednotlivých organismů na každé úrovni (viz obr. 55). Například, aby nakrmil jednoho vlka, potřebuje k lovu alespoň několik zajíců; Ke krmení těchto zajíců potřebujete poměrně širokou škálu rostlin. Někdy mohou být pyramidy čísel obrácené nebo obrácené. To platí pro lesní potravní řetězce, kde stromy slouží jako producenti a hmyz jako primární spotřebitelé. Úroveň primárních konzumentů je v tomto případě číselně bohatší než úroveň výrobců (na jednom stromě se živí velké množství hmyzu).
2. Pyramida biomasy – poměr hmotností organismů různých trofických úrovní. Obvykle v pozemských biocenózách je celková masa producentů větší než každý následující článek. Celkový počet spotřebitelů prvního řádu je zase větší než počet spotřebitelů druhého řádu atd. Pokud se organismy velikostí příliš neliší, výsledkem grafu je obvykle stupňovitá pyramida se zužujícím se hrotem. Na výrobu 1 kg hovězího masa tedy potřebujete 70–90 kg čerstvé trávy.
Ve vodních ekosystémech můžete také získat obrácenou nebo obrácenou pyramidu biomasy, kdy je biomasy producentů méně než spotřebitelů a někdy i rozkladačů. Například v oceánu s poměrně vysokou produktivitou fytoplanktonu může být jeho celková hmotnost v daném okamžiku menší než u konzumentů (velryby, velké ryby, měkkýši) (obr. 55).
Rýže. 55. Pyramidy biomasy některých biocenóz (podle Korobkina, 2004):
P – výrobci; RK – býložraví konzumenti; PC – masožraví konzumenti;
F – fytoplankton; 3 – zooplankton (pyramida biomasy úplně vpravo má obrácený vzhled)
Pyramidy čísel a biomasy se odrážejí statický systémy, tj. charakterizují počet nebo biomasu organismů v určitém časovém období. Neposkytují úplné informace o trofické struktuře ekosystému, i když umožňují řešit řadu praktických problémů, zejména souvisejících se zachováním udržitelnosti ekosystémů. Pyramida čísel umožňuje například vypočítat přípustné množství úlovků ryb nebo odstřelu zvířat během lovecké sezóny bez následků na jejich normální reprodukci.
3. Pyramida energie odráží množství toku energie, rychlost průchodu potravní hmoty potravním řetězcem. Struktura biocenózy je ve větší míře ovlivněna nikoli množstvím fixní energie, ale rychlostí produkce potravin (obr. 56).
Bylo zjištěno, že maximální množství energie přenesené na další trofickou úroveň může v některých případech činit 30 % předchozí, a to je v nejlepším případě. V mnoha biocenózách a potravních řetězcích může být množství přenesené energie pouze 1 %.
Rýže. 56. Pyramida energie (zákon 10% nebo 10:1),
(podle Tsvetkové, 1999)
V roce 1942 formuloval americký ekolog R. Lindeman zákon pyramidy energií (zákon 10 procent), podle kterého v průměru asi 10 % energie přijaté na předchozí úrovni ekologické pyramidy přechází z jedné trofické úrovně přes potravní řetězce do druhé trofické úrovně. Zbytek energie se ztrácí ve formě tepelného záření, pohybu atd. Organismy v důsledku metabolických procesů ztrácejí asi 90 % veškeré energie, která je vynaložena na udržení jejich životních funkcí v každém článku potravního řetězce.
Pokud zajíc snědl 10 kg rostlinné hmoty, jeho vlastní hmotnost se může zvýšit o 1 kg. Liška nebo vlk při snědení 1 kg zaječího masa zvětší svou hmotnost pouze o 100 g. U dřevin je tento podíl mnohem nižší, protože dřevo je organismy špatně přijímáno. U trav a mořských řas je tato hodnota mnohem větší, protože nemají obtížně stravitelná pletiva. Obecný vzorec procesu přenosu energie však zůstává: přes horní trofické úrovně prochází mnohem méně energie než přes spodní úrovně.
To je důvod, proč potravní řetězce obvykle nemohou mít více než 3–5 (výjimečně 6) článků a ekologické pyramidy se nemohou skládat z velkého počtu pater. Poslední článek potravního řetězce, stejně jako nejvyšší patro ekologické pyramidy, dostane tak málo energie, že nebude stačit, pokud se počet organismů zvýší.
Koncept trofických úrovní
Trofická úroveň je soubor organismů, které zaujímají určitou pozici v celkovém potravním řetězci. Organismy, které přijímají energii ze Slunce stejným počtem kroků, patří do stejné trofické úrovně.
Tato posloupnost a podřízenost skupin organismů sdružených v podobě trofických úrovní představuje tok hmoty a energie v ekosystému, základ jeho organizace.
Trofická stavba ekosystému
V důsledku sledu energetických přeměn v potravních řetězcích získává každé společenství živých organismů v ekosystému určitou trofická struktura. Trofická struktura společenstva odráží vztah mezi producenty, konzumenty (zvlášť prvního, druhého atd. řádu) a rozkladači, vyjádřený buď počtem jedinců živých organismů, nebo jejich biomasou, případně energií v nich obsaženou. počítáno na jednotku plochy za jednotku času.
Trofická struktura je obvykle zobrazována jako ekologické pyramidy. Tento grafický model vyvinul v roce 1927 americký zoolog Charles Elton. Základem pyramidy je první trofická úroveň - úroveň výrobců a další patra pyramidy tvoří další úrovně - konzumenti různých řádů. Výška všech bloků je stejná a délka je úměrná počtu, biomase nebo energii na odpovídající úrovni. Existují tři způsoby, jak postavit ekologické pyramidy.
1. Pyramida čísel (početnost) odráží počet jednotlivých organismů na každé úrovni. Například, aby nakrmil jednoho vlka, potřebuje k lovu alespoň několik zajíců; Ke krmení těchto zajíců potřebujete poměrně širokou škálu rostlin. Někdy mohou být pyramidy čísel obrácené nebo obrácené. To platí pro lesní potravní řetězce, kde stromy slouží jako producenti a hmyz jako primární spotřebitelé. Úroveň primárních konzumentů je v tomto případě číselně bohatší než úroveň výrobců (na jednom stromě se živí velké množství hmyzu).
2. Pyramida biomasy - poměr hmotností organismů různých trofických úrovní. Obvykle v pozemských biocenózách je celková masa producentů větší než každý následující článek. Celkový počet spotřebitelů prvního řádu je zase větší než počet spotřebitelů druhého řádu atd. Pokud se organismy velikostí příliš neliší, výsledkem grafu je obvykle stupňovitá pyramida se zužujícím se hrotem. Na produkci 1 kg hovězího masa tedy potřebujete 70-90 kg čerstvé trávy.
Ve vodních ekosystémech můžete také získat obrácenou nebo obrácenou pyramidu biomasy, kdy je biomasy producentů méně než spotřebitelů a někdy i rozkladačů. Například v oceánu s poměrně vysokou produktivitou fytoplanktonu může být jeho celková hmotnost v daném okamžiku menší než u konzumentů (velryby, velké ryby, měkkýši).
Pyramidy čísel a biomasy se odrážejí statický systémy, tj. charakterizují počet nebo biomasu organismů v určitém časovém období. Neposkytují úplné informace o trofické struktuře ekosystému, i když umožňují řešit řadu praktických problémů, zejména souvisejících se zachováním udržitelnosti ekosystémů. Pyramida čísel umožňuje například vypočítat přípustné množství úlovků ryb nebo odstřelu zvířat během lovecké sezóny bez následků na jejich normální reprodukci.
3. Pyramida energie odráží množství toku energie, rychlost průchodu potravní hmoty potravním řetězcem. Struktura biocenózy je ve větší míře ovlivněna nikoli množstvím fixní energie, ale rychlostí produkce potravin.
Bylo zjištěno, že maximální množství energie přenesené na další trofickou úroveň může v některých případech činit 30 % předchozí, a to je v nejlepším případě. V mnoha biocenózách a potravních řetězcích může být množství přenesené energie pouze 1 %.
V roce 1942 formuloval americký ekolog R. Lindeman zákon pyramidy energií (zákon 10 procent) , podle kterého v průměru asi 10 % energie přijaté na předchozí úrovni ekologické pyramidy přechází z jedné trofické úrovně přes potravní řetězce do další trofické úrovně. Zbytek energie se ztrácí ve formě tepelného záření, pohybu atd. V důsledku metabolických procesů ztrácí organismy asi 90 % veškeré energie v každém článku potravního řetězce, která se vynakládá na udržení jejich životních funkcí.
Pokud zajíc snědl 10 kg rostlinné hmoty, jeho vlastní hmotnost se může zvýšit o 1 kg. Liška nebo vlk při snědení 1 kg zaječího masa zvětší svou hmotnost pouze o 100 g. U dřevin je tento podíl mnohem nižší, protože dřevo je organismy špatně přijímáno. U trav a mořských řas je tato hodnota mnohem větší, protože nemají obtížně stravitelná pletiva. Obecný vzorec procesu přenosu energie však zůstává: mnohem méně energie prochází horními trofickými úrovněmi než těmi nižšími.
To je důvod, proč potravní řetězce obvykle nemohou mít více než 3-5 (výjimečně 6) článků a ekologické pyramidy se nemohou skládat z velkého počtu pater. Poslední článek potravního řetězce, stejně jako nejvyšší patro ekologické pyramidy, dostane tak málo energie, že nebude stačit, pokud se počet organismů zvýší.
Toto tvrzení lze vysvětlit sledováním, kde se spotřebuje energie zkonzumované potravy: část jde na stavbu nových buněk, tzn. růst, část energie z potravy se vynakládá na energetický metabolismus nebo dýchání. Jelikož stravitelnost potravy nemůže být úplná, tzn. 100%, pak je část nestrávené potravy ve formě exkrementů z těla odstraněna.
Vzhledem k tomu, že energie vynaložená na dýchání se nepřenáší na další trofickou úroveň a opouští ekosystém, je jasné, proč každá následující úroveň bude vždy menší než ta předchozí.
Proto jsou velká dravá zvířata vždy vzácná. Proto také neexistují žádní predátoři, kteří se živí vlky. V tomto případě by prostě neměli dostatek potravy, protože vlků je málo.
Trofická struktura ekosystému je vyjádřena ve složitých potravních vztazích mezi jeho základními druhy. Ekologické pyramidy čísel, biomasy a energie, znázorněné ve formě grafických modelů, vyjadřují kvantitativní vztahy organismů s různými způsoby výživy: producentů, konzumentů a rozkladačů.