Ce este o definiție a piramidei de biomasă. Piramide ecologice – Knowledge Hypermarket
Adesea, studiul piramidelor ecologice provoacă mari dificultăți studenților. De fapt, chiar și cele mai primitive și ușoare piramide ecologice încep să fie studiate de preșcolari și școlari din școala primară. Ecologia ca știință a început să primească multă atenție în ultimii ani, deoarece această știință joacă un rol semnificativ în lumea modernă. Piramida ecologică face parte din ecologie ca știință. Pentru a înțelege ce este aceasta, trebuie să citiți acest articol.
Ce este o piramidă ecologică?
O piramidă ecologică este un design grafic care este cel mai adesea descris sub forma unui triunghi. Astfel de modele descriu structura trofică a biocenozei. Aceasta înseamnă că piramidele ecologice arată numărul de indivizi, biomasa acestora sau cantitatea de energie conținută în ele. Fiecare dintre ele poate demonstra orice indicator. Prin urmare, aceasta înseamnă că piramidele ecologice pot fi de mai multe tipuri: o piramidă care afișează numărul de indivizi, o piramidă care reflectă cantitatea de biomasă a indivizilor reprezentați și, de asemenea, ultima piramidă ecologică, care demonstrează clar cantitatea de energie conținută. la aceşti indivizi.
Ce sunt piramidele numerice?
Piramida numerelor (sau numerelor) arată numărul de organisme la fiecare nivel trofic. Un astfel de model grafic ecologic poate fi folosit în știință, dar este extrem de rar. Legăturile din piramida ecologică a numerelor pot fi descrise aproape la infinit, adică structura biocenozei într-o piramidă este extrem de dificil de descris. În plus, la fiecare nivel trofic există mulți indivizi, ceea ce face uneori aproape imposibil să se demonstreze întreaga structură a biocenozei la o scară completă.
Un exemplu de construire a unei piramide de numere
Pentru a înțelege piramida numerelor și construcția ei, este necesar să aflăm care indivizi și ce interacțiuni dintre ei sunt incluși în această piramidă ecologică. Să ne uităm acum la exemplele în detaliu.
Fie ca baza figurii să fie 1000 de tone de iarbă. Această iarbă, să zicem, într-un an, va putea hrăni aproximativ 26 de milioane de lăcuste sau alte insecte în condiții naturale de supraviețuire. În acest caz, lăcustele vor fi amplasate deasupra vegetației și constituie al doilea nivel trofic. Al treilea nivel trofic va fi de 90 de mii de broaște, care vor consuma insectele situate mai jos într-un an. Aproximativ 300 de păstrăvi vor putea consuma aceste broaște într-un an, ceea ce înseamnă că vor fi situați la al patrulea nivel trofic din piramidă. Un adult va fi deja situat în vârful piramidei ecologice el va deveni a cincea și ultima verigă din acest lanț, adică ultimul nivel trofic. Acest lucru se va întâmpla deoarece o persoană va putea mânca aproximativ 300 de păstrăvi într-un an. La rândul său, o persoană este cel mai înalt nivel din lume și, prin urmare, nimeni nu o poate mânca. După cum se arată în exemplu, legăturile lipsă din piramida ecologică a numerelor sunt imposibile.
Poate avea o mare varietate de structuri în funcție de ecosistem. De exemplu, această piramidă pentru ecosistemele terestre poate arăta aproape identică cu piramida energetică. Aceasta înseamnă că piramida de biomasă va fi construită în așa fel încât cantitatea de biomasă să scadă cu fiecare nivel trofic ulterior.
În general, piramidele de biomasă sunt studiate în principal de către studenți, deoarece înțelegerea lor necesită anumite cunoștințe în domeniile biologiei, ecologiei și zoologiei. Această piramidă ecologică este un desen grafic care reprezintă relația dintre producători (adică producători de substanțe organice din cele anorganice) și consumatori (consumatori ai acestor substanțe organice).
și prosudenty?
Pentru a înțelege cu adevărat principiul construirii unei piramide de biomasă, este necesar să înțelegem cine sunt consumatorii și producătorii.
Producătorii sunt producători de substanțe organice din cele anorganice. Acestea sunt plante. De exemplu, frunzele plantelor folosesc dioxid de carbon (materie anorganică) și produc materie organică prin fotosinteză.
Consumatorii sunt consumatori ai acestor substanțe organice. Într-un ecosistem terestru, acestea sunt animale și oameni, iar în ecosistemele acvatice sunt diverse animale marine și pești.
Piramide inversate de biomasă
Piramida inversată a biomasei are construcția unui triunghi inversat în jos, adică baza sa este mai îngustă decât vârful. O astfel de piramidă se numește inversată sau inversată. Piramida ecologică are această structură dacă biomasa producătorilor (producătorilor de substanțe organice) este mai mică decât biomasa consumatorilor (consumatori de substanțe organice).
După cum știm, o piramidă ecologică este un model grafic al unui anumit ecosistem. Unul dintre modelele ecologice importante este construcția grafică a fluxului de energie. O piramidă care reflectă viteza și timpul trecerii alimentelor se numește piramidă de energii. A fost formulat datorită celebrului om de știință american, care a fost ecologist și zoolog, Raymond Lindeman. Raymond a formulat o lege (regula piramidei ecologice), care spunea că în timpul trecerii de la cel mai de jos nivel trofic la cel următor trece aproximativ 10% (mai mult sau mai puțin) din energia care a intrat în nivelul anterior în piramida ecologică. lanțurile trofice. Și partea rămasă a energiei, de regulă, este cheltuită pe procesul vieții, pe întruchiparea acestui proces. Și ca rezultat al procesului de schimb în sine în fiecare legătură, organismele își pierd aproximativ 90% din energie.
Modelul piramidei energetice
De fapt, tiparul este că mult mai puțină energie (de mai multe ori) trece prin nivelurile trofice superioare decât prin cele inferioare. Din acest motiv, există mult mai puține animale de pradă mari decât, de exemplu, broaștele sau insectele.
Să luăm în considerare, de exemplu, un astfel de animal prădător precum ursul. Poate fi în vârf, adică la ultimul nivel trofic, pentru că este dificil să găsești un animal care să se hrănească cu el. Dacă ar exista un număr mare de animale care consumau urși ca hrană, ei s-ar fi stins deja, pentru că nu s-ar putea hrăni singuri, deoarece urșii sunt puțini la număr. Aceasta este ceea ce demonstrează piramida energiilor.
Piramida echilibrelor naturale
Scolarii incep sa o studieze in clasele I sau a II-a, pentru ca este destul de usor de inteles, dar in acelasi timp foarte important ca componenta a stiintei ecologiei. Piramida echilibrului natural funcționează în diferite ecosisteme, atât terestre, cât și subacvatice. Este adesea folosit pentru a prezenta elevilor importanța fiecărei creaturi de pe pământ. Pentru a înțelege piramida echilibrelor naturale, este necesar să luăm în considerare exemple.
Exemple de construire a unei piramide de echilibre naturale
Piramida echilibrelor naturale poate fi demonstrată clar prin interacțiunea dintre un râu și o pădure. De exemplu, un desen grafic ar putea arăta următoarea interacțiune a resurselor naturale: pe malul unui râu era o pădure care pătrundea mult în adâncuri. Râul era foarte adânc, iar pe malurile lui creșteau flori, ciuperci și arbuști. În apele ei erau mulți pești. În acest exemplu, există un echilibru ecologic. Râul își dă umiditatea copacilor, dar copacii creează umbră și nu permit evaporarea apei din râu. Să luăm în considerare exemplul opus al echilibrului natural. Dacă se întâmplă ceva cu pădurea, copacii ard sau sunt tăiați, râul se poate seca fără a primi protecție. Acesta este un exemplu de distrugere
Același lucru se poate întâmpla cu animalele și plantele. Luați în considerare bufnițele și ghindele. Ghindele sunt baza echilibrului natural în piramida ecologică, deoarece nu se hrănesc cu nimic, dar în același timp hrănesc rozătoarele. A doua componentă în următorul nivel trofic va fi șoarecii de lemn. Se hrănesc cu ghinde. Vor fi bufnițe în vârful piramidei pentru că mănâncă șoareci. Dacă ghindele care cresc pe copac dispar, atunci șoarecii nu vor avea ce să mănânce și cel mai probabil vor muri. Dar atunci bufnițele nu vor avea pe cine să mănânce și întreaga lor specie va muri. Aceasta este piramida echilibrului natural.
Datorită acestor piramide, ecologistii pot monitoriza starea naturii și lumea animală și pot trage concluzii adecvate.
regula lui Lindemann (10%)
Fluxul de energie, care trece prin nivelurile trofice ale biocenozei, se stinge treptat. În 1942, R. Lindeman a formulat legea piramidei energiilor, sau legea (regula) a 10%, conform căreia de la un nivel trofic al piramidei ecologice se trece la altul, mai înalt (de-a lungul „scării”: producător - consumator - descompunetor) în medie aproximativ 10% din energia primită la nivelul anterior al piramidei ecologice. Fluxul invers asociat cu consumul de substanțe și energie produsă de nivelul superior al piramidei ecologice de nivelurile sale inferioare, de exemplu, de la animale la plante, este mult mai slab - nu mai mult de 0,5% (chiar 0,25%) din totalul său. flux și, prin urmare, putem spune că nu este nevoie să vorbim despre ciclul energetic în biocenoză.
Dacă energia se pierde de zece ori în timpul tranziției la un nivel superior al piramidei ecologice, atunci acumularea unui număr de substanțe, inclusiv a celor toxice și radioactive, crește în aproximativ aceeași proporție. Acest fapt este fixat în regula îmbunătățirii biologice. Este valabil pentru toate cenozele. În biocenozele acvatice, acumularea multor substanțe toxice, inclusiv pesticide organoclorurate, se corelează cu masa de grăsimi (lipide), adică. are în mod clar o bază energetică.
Piramide ecologice
Pentru a reprezenta în mod clar relațiile dintre organisme ale diferitelor specii într-o biocenoză, se obișnuiește să se utilizeze piramide ecologice, distingând piramidele de numere, biomasă și energie.
Dintre piramidele ecologice, cele mai cunoscute și frecvent utilizate sunt:
§ Piramida numerelor
§ Piramida de biomasă
Piramida numerelor. Pentru a construi o piramidă a populației, se numără numărul de organisme dintr-un anumit teritoriu, grupându-le pe niveluri trofice:
§ producatori - plante verzi;
§ consumatorii primari sunt ierbivorele;
§ consumatori secundari - carnivore;
§ consumatori tertiari - carnivore;
§ consumatori ga-e („predatori definitivi”) - carnivore;
§ descompozitori – distrugatori.
Fiecare nivel este descris în mod convențional ca un dreptunghi, a cărui lungime sau zonă corespunde valorii numerice a numărului de indivizi. Prin aranjarea acestor dreptunghiuri într-o succesiune subordonată, obținem o piramidă ecologică a numerelor (Fig. 3), al cărei principiu de bază a fost formulat pentru prima dată de ecologistul american C. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Textbook. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Dropia, 2004..
Orez. 3. Piramida ecologică a populației pentru o pajiște acoperită cu cereale: numere - număr de indivizi
Datele pentru piramidele populației sunt obținute destul de ușor prin colectarea directă a probelor, dar există unele dificultăți:
§ Producătorii variază foarte mult ca mărime, deși un exemplar de iarbă sau alge are același statut ca un copac. Aceasta încalcă uneori forma piramidală corectă, uneori chiar dând piramide inversate (Fig. 4) Ibid.;
![](https://i2.wp.com/studbooks.net/imag_/28/27148/image004.jpg)
Orez.
§ Gama de numere ale diferitelor specii este atât de largă încât face dificilă menținerea scalei atunci când este reprezentată grafic, dar în astfel de cazuri se poate folosi o scară logaritmică.
Piramida biomasei. Piramida ecologică a biomasei este construită similar piramidei numerelor. Sensul său principal este de a arăta cantitatea de materie vie (biomasă - masa totală a organismelor) la fiecare nivel trofic. Se evită astfel inconvenientele tipice piramidelor populației. În acest caz, dimensiunea dreptunghiurilor este proporțională cu masa materiei vii a nivelului corespunzător, pe unitate de suprafață sau de volum (Fig. 5, a, b) Nikolaikin N. I. Ecologie: Manual. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Bustard, 2004.. Termenul de „piramidă a biomasei” a apărut datorită faptului că în marea majoritate a cazurilor masa consumatorilor primari care trăiesc în detrimentul producătorilor este semnificativ mai mică decât masa acestor producători, iar masa consumatorilor secundari este semnificativ mai mică decât masa consumatorilor primari. Biomasa destructorilor este de obicei prezentată separat.
![](https://i1.wp.com/studbooks.net/imag_/28/27148/image005.jpg)
Orez. 5. Piramidele biomasei biocenozelor unui recif de corali (a) și Canalului Mânecii (b): numere - biomasă în grame de substanță uscată pe 1 m 2
La eșantionare, se determină biomasa în picioare sau randamentul în picioare (adică, la un moment dat în timp), care nu conține nicio informație despre rata producției sau consumului de biomasă.
Rata de creare a materiei organice nu determină rezervele totale ale acesteia, adică. biomasa totală a tuturor organismelor la fiecare nivel trofic. Prin urmare, pot apărea erori în timpul analizei ulterioare dacă nu sunt luate în considerare următoarele:
* în primul rând, dacă rata consumului de biomasă (pierderea datorată consumului) și viteza de formare a acesteia sunt egale, cultura în picioare nu indică productivitate, adică. despre cantitatea de energie și materie care se deplasează de la un nivel trofic la altul, mai mare, într-o anumită perioadă de timp (de exemplu, un an). Astfel, pe o pășune fertilă, folosită intensiv, randamentul de iarbă în picioare poate fi mai mic, dar productivitatea poate fi mai mare decât pe o pășune mai puțin fertilă, dar puțin folosită pentru pășunat;
* în al doilea rând, producătorii de dimensiuni mici, precum algele, se caracterizează printr-un ritm ridicat de creștere și reproducere, echilibrat de consumul lor intensiv ca hrană de către alte organisme și moartea naturală. Prin urmare, productivitatea lor poate fi nu mai mică decât cea a producătorilor mari (de exemplu, copaci), deși biomasa în picioare poate fi mică. Cu alte cuvinte, fitoplanctonul cu aceeași productivitate ca un copac va avea mult mai puțină biomasă, deși ar putea susține viața animalelor de aceeași masă.
Una dintre consecințele acestui lucru este „piramidele inversate” (Fig. 3, b). Zooplanctonul biocenozelor lacurilor și mărilor are cel mai adesea o biomasă mai mare decât hrana lor - fitoplanctonul, dar rata de reproducere a algelor verzi este atât de mare încât în 24 de ore refac toată biomasa consumată de zooplancton. Cu toate acestea, în anumite perioade ale anului (în timpul înfloririi de primăvară) se observă raportul obișnuit al biomasei lor (Fig. 6) Nikolaikin N.I. Ecologie: Manual. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Dropia, 2004..
![](https://i1.wp.com/studbooks.net/imag_/28/27148/image006.jpg)
Orez. 6. Schimbări sezoniere în piramidele biomasei lacului (folosind exemplul unuia dintre lacurile din Italia): numere - biomasă în grame de substanță uscată la 1 m3
Piramidele energetice discutate mai jos sunt lipsite de anomalii aparente.
Piramida energiilor. Cea mai fundamentală modalitate de a reflecta conexiunile dintre organismele de diferite niveluri trofice și organizarea funcțională a biocenozelor este piramida energetică, în care dimensiunea dreptunghiurilor este proporțională cu echivalentul energetic pe unitatea de timp, adică. cantitatea de energie (pe unitate de suprafață sau de volum) care a trecut printr-un anumit nivel trofic într-o anumită perioadă (Fig. 7) Ibid.. La baza piramidei energetice, mai poate fi adăugat în mod rezonabil încă un dreptunghi de jos, reflectând fluxul de energie solară.
Piramida energetică reflectă dinamica trecerii masei alimentare prin lanțul alimentar (trofic), care o deosebește fundamental de piramidele numerelor și biomasei, care reflectă statica sistemului (numărul de organisme la un moment dat). Forma acestei piramide nu este afectată de modificările dimensiunii și ratei metabolice ale indivizilor. Dacă sunt luate în considerare toate sursele de energie, atunci piramida va avea întotdeauna un aspect tipic (sub forma unei piramide cu vârful în sus), conform celei de-a doua legi a termodinamicii.
![](https://i2.wp.com/studbooks.net/imag_/28/27148/image007.jpg)
Orez. 7. Piramida energiei: numere - cantitatea de energie, kJ * m -2 * r -1
Piramidele energetice fac posibilă nu numai compararea diferitelor biocenoze, ci și identificarea importanței relative a populațiilor dintr-o singură comunitate. Sunt cele mai utile dintre cele trei tipuri de piramide ecologice, dar datele pentru a le construi sunt cele mai greu de obținut.
Unul dintre cele mai reușite și clare exemple de piramide ecologice clasice sunt piramidele prezentate în Fig. 8 Nikolaikin N.I Ecologie: manual. pentru universități / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - Ed. a III-a, stereotip. - M.: Bustard, 2004. Ele ilustrează biocenoza condiționată propusă de ecologistul american Yu. „Biocenoza” constă dintr-un băiat care mănâncă doar carne de vițel, și viței care mănâncă doar lucernă.
![](https://i1.wp.com/studbooks.net/imag_/28/27148/image008.jpg)
Orez.
Regulă 1% Ecologie. Curs de curs. Compilat de: Ph.D., Profesor asociat A.I Tikhonov, 2002. Punctele lui Pasteur, precum legea piramidei energetice a lui R. Lindemann, au dat naștere la formularea regulilor de unu și zece la sută. Desigur, 1 și 10 sunt numere aproximative: aproximativ 1 și aproximativ 10.
„Număr magic” 1% rezultă din raportul dintre posibilitățile de consum de energie și „capacitatea” necesară pentru stabilizarea mediului. Pentru biosferă, ponderea consumului posibil al producției primare totale nu depășește 1% (ceea ce rezultă din legea lui R. Lindemann: aproximativ 1% din producția primară netă în termeni energetici este consumată de vertebrate în calitate de consumatori de ordine superioară, aproximativ 10% de nevertebrate ca consumatori de ordine inferioare, iar partea rămasă - bacterii și ciuperci saprofe). De îndată ce omenirea, în pragul secolelor trecute și ale noastre, a început să folosească o cantitate mai mare de produse biosferei (acum cel puțin 10%), principiul Le Chatelier-Brown a încetat să fie satisfăcut (se pare că de la aproximativ 0,5% din energia totală a biosferei): vegetația nu a asigurat creșterea biomasei în concordanță cu creșterea concentrației de CO 2 etc. (o creștere a cantității de carbon fixat de plante a fost observată abia în ultimul secol).
Din punct de vedere empiric, este suficient recunoscut pragul de consum de 5 - 10% din cantitatea de substanță, care duce la schimbări vizibile în sistemele naturii la trecerea prin ea. A fost adoptată în principal la nivel empirico-intuitiv, fără a distinge formele și natura controlului în aceste sisteme. Este aproximativ posibil să se împartă tranzițiile emergente pentru sistemele naturale cu tipuri de management organismic și de consorțiu, pe de o parte, și sisteme de populație, pe de altă parte. Pentru cei dintâi, valorile care ne interesează sunt pragul de ieșire dintr-o stare staționară de până la 1% din fluxul de energie („norma” de consum) și pragul de autodistrugere – aproximativ 10% din aceasta „ normă". Pentru sistemele de populație, depășirea în medie a 10% din volumul de retragere duce la ieșirea acestor sisteme din starea staționară.
Există trei moduri de a crea piramide ecologice:
1. Piramida populației reflectă raportul numeric al indivizilor de diferite niveluri trofice ale ecosistemului. Dacă organismele din aceleași niveluri trofice sau diferite diferă foarte mult ca mărime, atunci piramida populației oferă o idee distorsionată a adevăratelor relații dintre nivelurile trofice. De exemplu, într-o comunitate de plancton numărul producătorilor este de zeci și sute de ori mai mare decât numărul consumatorilor, iar într-o pădure sute de mii de consumatori se pot hrăni cu organele unui copac - producătorul.
2. Piramida biomasei arată cantitatea de materie vie, sau biomasă, la fiecare nivel trofic.În majoritatea ecosistemelor terestre, biomasa producătorilor, adică masa totală a plantelor, este cea mai mare, iar biomasa organismelor la fiecare nivel trofic ulterior este mai mică decât cea precedentă. Cu toate acestea, în unele comunități biomasa consumatorilor de prim ordin este mai mare decât biomasa producătorilor. De exemplu, în oceane, unde principalii producători sunt algele unicelulare cu o rată mare de reproducere, producția lor anuală poate fi de zeci sau chiar de sute de ori mai mare decât rezerva de biomasă. În același timp, toate produsele formate din alge sunt atât de repede implicate în lanțul trofic încât acumularea de biomasă de alge este mică, dar datorită ratelor mari de reproducere, o cantitate mică de alge este suficientă pentru a menține rata de reconstrucție a algelor. materie organică. În acest sens, în ocean piramida biomasei are o relație inversă, adică este „inversată”. La niveluri trofice superioare, predomină tendința de acumulare a biomasei, deoarece durata de viață a prădătorilor este lungă, rata de schimbare a generațiilor lor, dimpotrivă, este mică, iar o parte semnificativă a substanței care intră în lanțul trofic este reținută în lor. corp.
3. Piramida energiei reflectă cantitatea de flux de energie din circuitul de putere. Forma acestei piramide nu este afectată de mărimea indivizilor și va avea întotdeauna o formă triunghiulară cu o bază largă în partea de jos, așa cum este dictat de a doua lege a termodinamicii. Prin urmare, piramida energetică oferă cea mai completă și corectă imagine a organizării funcționale a comunității, a tuturor proceselor metabolice din ecosistem. Dacă piramidele numerelor și biomasei reflectă statica ecosistemului (numărul și biomasa organismelor la un moment dat), atunci piramida energiei reflectă dinamica trecerii masei alimentare prin lanțurile trofice. Astfel, baza din piramidele numerelor și biomasei poate fi mai mare sau mai mică decât nivelurile trofice ulterioare (în funcție de raportul dintre producători și consumatori din diferite ecosisteme). Piramida energiei se îngustează întotdeauna în sus. Acest lucru se datorează faptului că energia cheltuită pentru respirație nu este transferată la următorul nivel trofic și părăsește ecosistemul. Prin urmare, fiecare nivel următor va fi întotdeauna mai mic decât cel anterior. În ecosistemele terestre, o scădere a cantității de energie disponibilă este de obicei însoțită de o scădere a abundenței și a biomasei indivizilor la fiecare nivel trofic. Din cauza pierderilor atât de mari de energie pentru construirea de noi țesuturi și respirația organismelor, lanțurile trofice nu pot fi lungi; ele constau de obicei din 3-5 unităţi (nivele trofice).
Cunoașterea legilor productivității ecosistemelor și capacitatea de a contabiliza cantitativ fluxul de energie sunt de mare importanță practică, deoarece producția de comunități naturale și artificiale (agroienoze) este principala sursă de aprovizionare cu alimente pentru umanitate. Calculele precise ale fluxului de energie și scara productivității ecosistemelor fac posibilă reglarea ciclului de substanțe din ele astfel încât să se obțină cel mai mare randament de produse necesar pentru oameni.
Succesiunile și tipurile lor.
Se numește procesul prin care comunitățile de specii de plante și animale sunt înlocuite în timp cu alte comunități, de obicei mai complexe succesiune ecologică, sau pur și simplu succesiune.
Succesiunea ecologică continuă de obicei până când comunitatea devine stabilă și autosusținătoare. Ecologiștii disting două tipuri de succesiune ecologică: primară și secundară.
Succesiunea primară- este dezvoltarea consecventă a comunităților din zonele lipsite de sol.
Etapa 1 – apariția unui loc lipsit de viață;
Etapa 2 – așezarea primelor organisme vegetale și animale în acest loc;
Etapa 3 – constituirea organismelor;
Etapa 4 – competiția și deplasarea speciilor;
Etapa 5 – transformarea habitatului de către organisme, stabilizarea treptată a condițiilor și a relațiilor.
Un exemplu binecunoscut de succesiune primară este așezarea lavei solidificate după o erupție vulcanică sau o pantă după o avalanșă care a distrus întregul profil al solului, zonele de exploatare în cariere din care a fost îndepărtat stratul superior de sol etc. În astfel de zone sterile, succesiunea primară de la roca goală la pădurea matură poate dura sute până la mii de ani.
Succesiunea secundara- dezvoltarea consecventă a comunităților într-o zonă în care vegetația naturală a fost eliminată sau grav perturbată, dar solul nu a fost distrus. Succesiunea secundară începe la locul unei biocenoze distruse (pădure după un incendiu). Succesiunea are loc rapid, deoarece semințele și părțile legăturilor alimentare se păstrează în sol și se formează o biocenoză. Dacă ne uităm la succesiunea pe terenuri abandonate care nu sunt folosite pentru agricultură, putem observa că fostele câmpuri sunt rapid acoperite cu o varietate de plante anuale. Aici pot ajunge și semințe ale speciilor de arbori: pin, molid, mesteacăn și aspen, depășind uneori distanțe mari cu ajutorul vântului sau al animalelor. La început, schimbările au loc rapid. Apoi, pe măsură ce apar plante cu creștere mai lentă, rata succesiunii scade. Răsadurile de mesteacăn formează o creștere densă care umbrește solul și chiar dacă odată cu mesteacănul germinează semințele de molid, răsadurile acestuia, aflându-se în condiții foarte nefavorabile, rămân cu mult în urma celor de mesteacăn. Mesteacanul este numit „pionierul pădurii”, deoarece este aproape întotdeauna primul care se stabilește pe terenuri perturbate și are o gamă largă de adaptabilitate. Mesteacanii la varsta de 2-3 ani pot atinge o inaltime de 100-120 cm, in timp ce brazii la aceeasi varsta abia ajung la 10 cm Modificarile afecteaza si componenta animala a biocenozei in cauza. În primele etape, gândacii de mai și moliile mesteacănului se instalează, apoi apar numeroase păsări: cinteze, zgârie și zgârie. Mici mamifere se instalează în: scorpie, alunițe, arici. Schimbarea condițiilor de iluminare începe să aibă un efect benefic asupra tinerilor pomi de Crăciun, care accelerează creșterea acestora.
Stadiul stabil de succesiune, când comunitatea (biocenoza) este complet formată și este în echilibru cu mediul înconjurător se numește menopauza Comunitatea climax este capabilă de autoreglare și poate rămâne într-o stare de echilibru pentru o lungă perioadă de timp.
Se produce astfel succesiunea, în care mai întâi o pădure de mesteacăn, apoi o pădure mixtă de molid-mesteacăn este înlocuită cu o pădure pură de molid. Procesul natural de înlocuire a pădurii de mesteacăn cu pădure de molid durează mai mult de 100 de ani. De aceea procesul de succesiune este uneori numit schimbare seculară.
18. Funcţiile materiei vii în biosferă. Materie vie - Aceasta este totalitatea organismelor vii (biomasa Pământului). Este un sistem deschis caracterizat prin creștere, reproducere, distribuție, schimb de substanțe și energie cu mediul extern, acumulare de energie și transmiterea acesteia în lanțurile trofice. Materia vie îndeplinește 5 funcții:
1. Energie (abilitatea de a absorbi energia solară, de a o transforma în energia legăturilor chimice și de a o transmite prin lanțurile trofice)
2. Gaz (capacitatea de a menține o compoziție constantă de gaz a biosferei ca urmare a respirației și fotosintezei echilibrate)
3. Concentrarea (capacitatea organismelor vii de a acumula anumite elemente ale mediului în corpul lor, datorită căreia a avut loc o redistribuire a elementelor și formarea mineralelor)
4. Redox (abilitatea de a schimba starea de oxidare a elementelor și de a crea o diversitate de compuși în natură pentru a susține diversitatea vieții)
5. Distructiv (capacitatea de a descompune materia organică moartă, datorită căreia are loc ciclul substanțelor)
- Funcția apei a materiei vii din biosferă este asociată cu ciclul biogenic al apei, care este important în ciclul apei de pe planetă.
Îndeplinesc funcțiile enumerate, materia vie se adaptează mediului și îl adaptează la nevoile sale biologice (și dacă vorbim de oameni, atunci sociale). În acest caz, materia vie și mediul său se dezvoltă ca un întreg, dar controlul asupra stării mediului este exercitat de organismele vii.
Ca rezultat al relațiilor nutriționale complexe dintre diferite organisme, conexiuni trofice (alimentare) sau lanțuri trofice. Lanțul trofic constă, de obicei, din mai multe verigi:
producători – consumatori – descompunetori.
Piramida ecologică– cantitatea de materie vegetală care servește ca bază pentru nutriție este de câteva ori mai mare decât masa totală a animalelor erbivore, iar masa fiecăreia dintre verigile ulterioare din lanțul trofic este mai mică decât cea anterioară (Fig. 54).
Piramida ecologică - reprezentări grafice ale relației dintre producători, consumatori și descompunetori într-un ecosistem.
Orez. 54. Diagrama simplificată a piramidei ecologice
sau piramide de numere (după Korobkin, 2006)
Modelul grafic al piramidei a fost dezvoltat în 1927 de un zoolog american Charles Elton. Baza piramidei este primul nivel trofic - nivelul producătorilor, iar etajele următoare ale piramidei sunt formate din nivelurile ulterioare - consumatori de diverse ordine. Înălțimea tuturor blocurilor este aceeași, iar lungimea este proporțională cu numărul, biomasa sau energia de la nivelul corespunzător. Există trei moduri de a construi piramide ecologice.
1. Piramida numerelor (abundența) reflectă numărul de organisme individuale la fiecare nivel (vezi Fig. 55). De exemplu, pentru a hrăni un lup, are nevoie de cel puțin mai mulți iepuri de câmp pentru a-i vâna; Pentru a hrăni acești iepuri, aveți nevoie de o varietate destul de mare de plante. Uneori, piramidele de numere pot fi inversate sau inversate. Acest lucru se aplică lanțurilor alimentare forestiere, unde copacii servesc ca producători, iar insectele servesc ca consumatori primari. În acest caz, nivelul consumatorilor primari este numeric mai bogat decât nivelul producătorilor (un număr mare de insecte se hrănesc cu un singur copac).
2. Piramida biomasei – raportul dintre masele organismelor de diferite niveluri trofice. De obicei, în biocenozele terestre masa totală a producătorilor este mai mare decât fiecare legătură ulterioară. La rândul său, masa totală a consumatorilor de ordinul întâi este mai mare decât cea a consumatorilor de ordinul doi etc. Dacă organismele nu diferă prea mult ca mărime, graficul are ca rezultat, de obicei, o piramidă în trepte cu vârful conic. Deci, pentru a produce 1 kg de carne de vită aveți nevoie de 70–90 kg de iarbă proaspătă.
În ecosistemele acvatice, puteți obține și o piramidă de biomasă inversată, sau inversată, atunci când biomasa producătorilor este mai mică decât cea a consumatorilor și, uneori, a descompunetorilor. De exemplu, în ocean, cu o productivitate destul de mare a fitoplanctonului, masa sa totală la un moment dat poate fi mai mică decât cea a consumatorilor consumatori (balene, pești mari, crustacee) (Fig. 55).
Orez. 55. Piramidele de biomasă ale unor biocenoze (după Korobkin, 2004):
P – producători; RK – consumatori erbivori; PC – consumatori carnivori;
F – fitoplancton; 3 – zooplancton (piramida cea mai din dreapta a biomasei are un aspect inversat)
Piramidele de numere și biomasă reflectă static sisteme, adică ele caracterizează numărul sau biomasa organismelor într-o anumită perioadă de timp. Ele nu oferă informații complete despre structura trofică a unui ecosistem, deși permit rezolvarea unui număr de probleme practice, în special legate de menținerea sustenabilității ecosistemelor. Piramida numerelor permite, de exemplu, să se calculeze cantitatea permisă de captură de pește sau împușcarea animalelor în timpul sezonului de vânătoare, fără consecințe pentru reproducerea lor normală.
3. Piramida Energiei reflectă cantitatea de flux de energie, viteza de trecere a masei alimentare prin lanțul trofic. Structura biocenozei este influențată într-o măsură mai mare nu de cantitatea de energie fixă, ci de rata producției de alimente (Fig. 56).
S-a stabilit că cantitatea maximă de energie transferată la următorul nivel trofic poate fi în unele cazuri de 30% din cea precedentă, iar acesta este în cel mai bun caz. În multe biocenoze și lanțuri trofice, cantitatea de energie transferată poate fi de numai 1%.
Orez. 56. Piramida energiei (legea 10% sau 10:1),
(conform lui Tsvetkova, 1999)
În 1942, ecologistul american R. Lindeman a formulat legea piramidei energiilor (legea 10 la sută), conform căreia, în medie, aproximativ 10% din energia primită la nivelul anterior al piramidei ecologice trece de la un nivel trofic prin lanțurile trofice la un alt nivel trofic. Restul energiei se pierde sub formă de radiații termice, mișcări etc. Organismele, ca urmare a proceselor metabolice, pierd în fiecare verigă a lanțului trofic aproximativ 90% din toată energia care este cheltuită pentru menținerea funcțiilor lor vitale. .
Dacă un iepure a mâncat 10 kg de materie vegetală, atunci greutatea sa proprie poate crește cu 1 kg. O vulpe sau un lup, mâncând 1 kg de carne de iepure, își mărește masa cu doar 100 g La plantele lemnoase, această proporție este mult mai mică datorită faptului că lemnul este slab absorbit de organisme. Pentru ierburi și alge marine, această valoare este mult mai mare, deoarece nu au țesuturi greu de digerat. Cu toate acestea, tiparul general al procesului de transfer de energie rămâne: mult mai puțină energie trece prin nivelurile trofice superioare decât prin nivelurile inferioare.
Acesta este motivul pentru care lanțurile trofice de obicei nu pot avea mai mult de 3-5 (rar 6) verigi, iar piramidele ecologice nu pot consta dintr-un număr mare de etaje. Veriga finală a lanțului trofic, la fel ca ultimul etaj al piramidei ecologice, va primi atât de puțină energie încât nu va fi suficientă dacă numărul de organisme crește.
Poate fi reprezentat grafic sub forma așa-numitelor piramide ecologice. Baza piramidei este nivelul producătorilor, iar nivelurile ulterioare de nutriție formează podelele și vârful piramidei. Există trei tipuri principale de piramide ecologice:
- O piramidă de numere care reflectă numărul de organisme de la fiecare nivel;
- Piramida de biomasă care caracterizează masa materiei vii - greutatea totală uscată, conținutul de calorii etc.;
- O piramidă de producție (energie) de natură universală, care arată schimbarea producției primare (sau energie) la niveluri trofice succesive.
Regulat piramide de numere pentru lanțurile de pășune au o bază foarte largă și o îngustare accentuată către consumatorii finali. În acest caz, numărul de „pași” diferă cu cel puțin 1-3 ordine de mărime. Dar acest lucru este valabil doar pentru comunitățile erbacee - biocenoze de luncă sau stepă.
Imaginea se schimbă dramatic dacă luăm în considerare o comunitate forestieră (mii de fitofagi se pot hrăni cu un singur copac) sau dacă la același nivel trofic apar fitofage diferite precum afidele și elefanții. Această distorsiune poate fi depășită de piramidele de biomasă.
În ecosistemele terestre, biomasa plantelor este întotdeauna semnificativ mai mare decât biomasa animalelor, iar biomasa fitofagelor este întotdeauna mai mare decât biomasa zoofagelor.
Piramidele de biomasă pentru ecosistemele acvatice, în special marine, arată diferit: biomasa animalelor este de obicei mult mai mare decât biomasa plantelor. Această „incorectitudine” se datorează faptului că piramidele de biomasă nu țin cont de durata de existență a generațiilor de indivizi la diferite niveluri trofice, rata de formare și consum de biomasă. Principalul producător de ecosisteme marine este fitoplanctonul, care are un mare potențial de reproducere și o schimbare rapidă a generațiilor. În timpul până când peștii răpitori (și cu atât mai mult morsele și balenele) își acumulează biomasa, multe generații de fitoplancton se vor schimba, a cărui biomasă totală este mult mai mare. De aceea, modul universal de exprimare a structurii trofice a ecosistemelor este piramida ratelor de formare a materiei vii, cu alte cuvinte, piramida energiilor.
O reflectare mai perfectă a influenței relațiilor trofice asupra unui ecosistem este regula piramide de produse (energie): La fiecare nivel trofic anterior, cantitatea de biomasă creată pe unitatea de timp (sau energie) este mai mare decât la următorul. Piramida de producție reflectă legile consumului de energie în lanțurile trofice.
În cele din urmă, toate cele trei reguli piramidale reflectă relațiile energetice din ecosistem, iar piramida produsului (energiei) este universală în natură.
În natură, în sistemele stabile, biomasa se modifică ușor, adică. natura se străduiește să-și folosească întreaga producție brută. Cunoașterea energiei unui ecosistem și a indicatorilor săi cantitativi fac posibilă luarea în considerare cu acuratețe a posibilității de a elimina o anumită cantitate de biomasă vegetală și animală din ecosistemul natural fără a submina productivitatea acestuia.
Omul primește destul de multe produse din sistemele naturale, totuși, principala sursă de hrană pentru el este agricultura. După ce a creat agroecosisteme, o persoană se străduiește să obțină cât mai multe produse de vegetație pure, dar trebuie să cheltuiască jumătate din masa vegetală pentru hrănirea ierbivorelor, păsărilor etc., o parte semnificativă a produselor merge în industrie și se pierde în deșeuri. , adică iar aici se pierde aproximativ 90% din producția netă și doar aproximativ 10% este folosit direct pentru consumul uman.