Kaj je definicija piramide biomase. Ekološke piramide – Hipermarket znanja
Študentom pogosto povzroča velike težave študij ekoloških piramid. Pravzaprav tudi najbolj primitivne in enostavne ekološke piramide začnejo preučevati predšolski otroci in šolarji v osnovni šoli. Ekologija kot veda je v zadnjih letih začela dobivati veliko pozornosti, saj ima ta veda pomembno vlogo v sodobnem svetu. Ekološka piramida je del ekologije kot vede. Da bi razumeli, kaj je to, morate prebrati ta članek.
Kaj je ekološka piramida?
Ekološka piramida je grafična podoba, ki je največkrat upodobljena v obliki trikotnika. Takšni modeli prikazujejo trofično strukturo biocenoze. To pomeni, da ekološke piramide prikazujejo število osebkov, njihovo biomaso ali količino energije, ki jo vsebujejo. Vsak od njih lahko prikaže kateri koli indikator. V skladu s tem to pomeni, da je ekoloških piramid lahko več vrst: piramida, ki prikazuje število posameznikov, piramida, ki odraža količino biomase predstavljenih posameznikov, in tudi zadnja ekološka piramida, ki jasno prikazuje količino energije, ki jo vsebuje pri teh posameznikih.
Kaj so številske piramide?
Piramida števil (ali številčnosti) prikazuje število organizmov na vsaki trofični ravni. Takšen ekološki grafični model se lahko uporablja v znanosti, vendar je izjemno redek. Veze v ekološki piramidi števil je mogoče upodabljati skoraj neomejeno, to pomeni, da je strukturo biocenoze v eni piramidi izredno težko prikazati. Poleg tega je na vsaki trofični ravni veliko osebkov, zaradi česar je včasih skoraj nemogoče prikazati celotno strukturo biocenoze v enem celotnem merilu.
Primer izdelave piramide števil
Da bi razumeli piramido števil in njeno zgradbo, je treba ugotoviti, kateri posamezniki in kakšne interakcije med njimi so vključeni v to ekološko piramido. Oglejmo si zdaj primere podrobno.
Naj bo osnova številke 1000 ton trave. Ta trava bo recimo čez 1 leto v naravnih pogojih preživetja lahko nahranila približno 26 milijonov kobilic ali drugih žuželk. V tem primeru se bodo kobilice nahajale nad vegetacijo in predstavljale drugo trofično raven. Tretja trofična raven bo 90 tisoč žab, ki bodo v enem letu pojedle žuželke, ki se nahajajo spodaj. Približno 300 postrvi bo lahko pojedlo te žabe v enem letu, kar pomeni, da se bodo nahajale na četrtem trofičnem nivoju v piramidi. Odrasel človek bo že na vrhu ekološke piramide, postal bo peti in zadnji člen v tej verigi, to je zadnja trofična raven. To se bo zgodilo zato, ker bo človek v enem letu lahko pojedel približno 300 postrvi. Po drugi strani pa je človek najvišja raven na svetu, zato ga nihče ne more pojesti. Kot je prikazano v primeru, manjkajoči členi v ekološki piramidi števil niso mogoči.
Lahko ima veliko različnih struktur, odvisno od ekosistema. Na primer, ta piramida za kopenske ekosisteme je lahko videti skoraj enaka energetski piramidi. To pomeni, da bo piramida biomase zgrajena tako, da se bo količina biomase z vsako naslednjo trofično stopnjo zmanjševala.
Na splošno piramide biomase preučujejo predvsem študentje, saj njihovo razumevanje zahteva nekaj znanja s področja biologije, ekologije in zoologije. Ta ekološka piramida je grafična risba, ki predstavlja razmerje med proizvajalci (torej proizvajalci organskih snovi iz anorganskih) in konzumenti (porabniki teh organskih snovi).
in protsudenty?
Da bi resnično razumeli princip gradnje piramide biomase, je treba razumeti, kdo so potrošniki in proizvajalci.
Producenti so proizvajalci organskih snovi iz anorganskih. To so rastline. Na primer, listi rastlin uporabljajo ogljikov dioksid (anorgansko snov) in proizvajajo organsko snov s fotosintezo.
Potrošniki so potrošniki teh organskih snovi. V kopenskem ekosistemu so to živali in ljudje, v vodnem ekosistemu pa različne morske živali in ribe.
Obrnjene piramide biomase
Obrnjena piramida biomase ima konstrukcijo obrnjenega trikotnika navzdol, to pomeni, da je njena osnova ožja od vrha. Takšna piramida se imenuje obrnjena ali obrnjena. Ekološka piramida ima to strukturo, če je biomasa producentov (producentov organskih snovi) manjša od biomase konzumentov (konzumentov organskih snovi).
Kot vemo, je ekološka piramida grafični model določenega ekosistema. Eden od pomembnih ekoloških modelov je grafična konstrukcija pretoka energije. Piramida, ki odraža hitrost in čas prehajanja hrane, se imenuje piramida energij. Oblikovan je bil po zaslugi slavnega ameriškega znanstvenika, ki je bil ekolog in zoolog, Raymond Lindeman. Raymond je oblikoval zakon (pravilo ekološke piramide), ki pravi, da pri prehodu iz najnižje trofične ravni v naslednjo približno 10% (več ali manj) energije, ki je vstopila na prejšnjo raven v ekološki piramidi, preide skozi prehranjevalne verige. In preostali del energije se praviloma porabi za proces življenja, za utelešenje tega procesa. In kot rezultat samega procesa izmenjave v vsaki povezavi, organizmi izgubijo približno 90% svoje energije.
Vzorec energetske piramide
Pravzaprav je vzorec tak, da skozi zgornje trofične nivoje preteče veliko manj energije (nekajkrat) kot skozi spodnje. Prav zaradi tega je velikih plenilcev veliko manj kot na primer žab ali žuželk.
Vzemimo na primer tako plenilsko žival, kot je medved. Morda je na vrhu, torej čisto na zadnjem trofičnem nivoju, saj je težko najti žival, ki bi se hranila z njim. Če bi bilo veliko živali, ki bi uživale medvede kot hrano, bi te že izumrle, saj se ne bi mogle same prehranjevati, saj je medvedov malo. To dokazuje piramida energij.
Piramida naravnega ravnovesja
Šolarji ga začnejo preučevati v 1. ali 2. razredu, ker je precej enostaven za razumevanje, a hkrati zelo pomemben kot sestavni del znanosti o ekologiji. Piramida naravnega ravnovesja deluje v različnih ekosistemih, tako kopenskih kot podvodnih. Pogosto se uporablja za seznanitev šolarjev s pomenom vsakega bitja na zemlji. Da bi razumeli piramido naravnih ravnovesij, je treba upoštevati primere.
Primeri gradnje piramide naravnih ravnovesij
Piramido naravnega ravnovesja lahko nazorno prikažemo s prepletanjem reke in gozda. Na primer, grafična risba lahko prikazuje naslednjo interakcijo naravnih virov: na bregu reke je bil gozd, ki je segal daleč v globino. Reka je bila zelo globoka in na njenih bregovih so rasle rože, gobe in grmičevje. V njegovih vodah je bilo veliko rib. V tem primeru gre za ekološko ravnovesje. Reka daje svojo vlago drevesom, vendar drevesa ustvarjajo senco in ne dovolijo, da voda iz reke izhlapi. Oglejmo si nasprotni primer naravnega ravnovesja. Če se gozdu kaj zgodi, drevesa pogorijo ali posekajo, reka lahko presahne, ne da bi bila zaščitena. To je primer uničenja
Enako se lahko zgodi z živalmi in rastlinami. Razmislite o sovah in želodih. Želod je osnova naravnega ravnovesja v ekološki piramidi, saj se ne prehranjuje z ničemer, hkrati pa hrani glodalce. Druga komponenta v naslednji trofični ravni bodo lesne miši. Hranijo se z želodom. Na vrhu piramide bodo sove, ker jedo miši. Če želod, ki raste na drevesu, izgine, potem miši ne bodo imele kaj jesti in bodo najverjetneje poginile. Toda potem sove ne bodo imele nikogar, ki bi jedel, in njihova celotna vrsta bo umrla. To je piramida naravnega ravnovesja.
Zahvaljujoč tem piramidam lahko ekologi spremljajo stanje narave in živalskega sveta ter sprejemajo ustrezne zaključke.
Lindemannovo pravilo (10%)
Skozi tok energije, ki poteka skozi trofične ravni biocenoze, postopoma ugasne. Leta 1942 je R. Lindeman oblikoval zakon piramide energij ali zakon (pravilo) 10%, po katerem se iz ene trofične ravni ekološke piramide premakne na drugo, višjo raven (vzdolž "lestve": proizvajalec - porabnik - razkrojevalnik) v povprečju približno 10 % energije, prejete na prejšnji ravni ekološke piramide. Povratni tok, povezan s porabo snovi in energije, ki jih proizvaja zgornja raven ekološke piramide na nižjih ravneh, na primer od živali do rastlin, je veliko šibkejši - ne več kot 0,5% (celo 0,25%) celotnega toka, zato lahko rečemo, da o energijskem ciklu v biocenozi ni treba govoriti.
Če se pri prehodu na višjo raven ekološke piramide energija desetkrat izgubi, potem se kopičenje številnih snovi, tudi strupenih in radioaktivnih, poveča v približno enakem razmerju. To dejstvo je določeno v pravilu biološke izboljšave. Velja za vse cenoze. V vodnih biocenozah kopičenje številnih strupenih snovi, vključno z organoklornimi pesticidi, korelira z maso maščob (lipidov), tj. ima očitno energetsko osnovo.
Ekološke piramide
Za jasno predstavitev odnosov med organizmi različnih vrst v biocenozi je običajno uporabljati ekološke piramide, ki razlikujejo piramide števil, biomase in energije.
Med ekološkimi piramidami so najbolj znane in pogosto uporabljene:
§ Piramida števil
§ Piramida biomase
Piramida števil. Za izgradnjo populacijske piramide se prešteje število organizmov na določenem ozemlju in jih razvrsti po trofičnih ravneh:
§ proizvajalci - zelene rastline;
§ primarni potrošniki so rastlinojede živali;
§ sekundarni potrošniki - mesojedci;
§ terciarni potrošniki - mesojedci;
§ potrošniki ga-e (»končni plenilci«) - mesojedci;
§ razkrojevalci - destruktorji.
Vsaka raven je običajno prikazana kot pravokotnik, katerega dolžina ali površina ustreza številčni vrednosti števila posameznikov. Z razporeditvijo teh pravokotnikov v podrejeno zaporedje dobimo ekološko piramido števil (slika 3), katere osnovni princip je prvi oblikoval ameriški ekolog C. Elton Nikolaikin N. I. Ekologija: učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2004.
riž. 3. Ekološka populacijska piramida za travnik poraščen z žiti: številke - število osebkov
Podatke za populacijske piramide je mogoče pridobiti precej preprosto z neposrednim zbiranjem vzorcev, vendar obstajajo nekatere težave:
§ Proizvajalci se zelo razlikujejo po velikosti, čeprav ima en primerek trave ali alge enak status kot eno drevo. To včasih krši pravilno piramidalno obliko, včasih celo daje obrnjene piramide (slika 4) Ibid.;
riž.
§ Razpon števil različnih vrst je tako širok, da je težko ohraniti merilo pri grafičnem prikazovanju, vendar je v takih primerih mogoče uporabiti logaritemsko merilo.
Piramida biomase. Ekološka piramida biomase je zgrajena podobno kot piramida števil. Njegov glavni pomen je prikaz količine žive snovi (biomase – skupne mase organizmov) na posamezni trofični ravni. S tem se izognemo nevšečnostim, značilnim za populacijske piramide. V tem primeru je velikost pravokotnikov sorazmerna z maso žive snovi ustrezne ravni, na enoto površine ali prostornine (slika 5, a, b) Nikolaikin N. I. Ekologija: Učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M.: Bustard, 2004. Izraz "piramida biomase" je nastal zaradi dejstva, da je v veliki večini primerov masa primarnih potrošnikov, ki živijo na račun proizvajalcev, bistveno manjša od mase teh proizvajalcev, in masa sekundarnih porabnikov bistveno manjša od mase primarnih porabnikov. Biomasa destruktorjev je običajno prikazana ločeno.
riž. 5. Piramide biomase biocenoz koralnega grebena (a) in Rokavskega preliva (b): številke - biomasa v gramih suhe snovi na 1 m 2
Pri vzorčenju se določi stoječa biomasa oziroma stoječi pridelek (tj. v danem trenutku), ki ne vsebuje nobenih informacij o stopnji proizvodnje ali porabe biomase.
Hitrost ustvarjanja organske snovi ne določa njenih skupnih zalog, tj. skupna biomasa vseh organizmov na vsaki trofični ravni. Zato lahko med nadaljnjo analizo pride do napak, če ne upoštevamo naslednjega:
* prvič, če sta stopnja porabe biomase (izguba zaradi porabe) in stopnja njenega nastajanja enaki, stoječi posevek ne pomeni produktivnosti, tj. o količini energije in snovi, ki se v določenem časovnem obdobju (na primer v enem letu) premika iz ene trofične ravni v drugo, višjo. Tako je lahko na rodovitnem, intenzivno uporabljenem pašniku pridelek stoječe trave nižji, produktivnost pa večja kot na manj rodovitnem, a malo uporabljenem za pašo;
* drugič, za majhne proizvajalce, kot so alge, je značilna visoka stopnja rasti in razmnoževanja, ki je uravnotežena z njihovo intenzivno porabo kot hrano s strani drugih organizmov in naravno smrtjo. Zato njihova produktivnost morda ni manjša od produktivnosti velikih proizvajalcev (na primer dreves), čeprav je stoječa biomasa lahko majhna. Z drugimi besedami, fitoplankton z enako produktivnostjo kot drevo bo imel veliko manj biomase, čeprav bi lahko podpiral življenje živali enake mase.
Ena od posledic tega so "obrnjene piramide" (slika 3, b). Zooplankton biocenoz jezer in morij ima najpogosteje večjo biomaso kot njihova hrana - fitoplankton, vendar je stopnja razmnoževanja zelenih alg tako visoka, da v 24 urah obnovijo vso biomaso, ki jo poje zooplankton. Kljub temu je v določenih obdobjih leta (med spomladanskim cvetenjem) opaziti običajno razmerje njihove biomase (slika 6) Nikolaikin N.I. Ekologija: Učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2004.
riž. 6. Sezonske spremembe v piramidah jezerske biomase (na primeru enega od jezer v Italiji): številke - biomasa v gramih suhe snovi na 1 m3
Energijske piramide, o katerih razpravljamo spodaj, so brez navideznih anomalij.
Piramida energij. Najbolj temeljni način odražanja povezav med organizmi različnih trofičnih ravni in funkcionalno organizacijo biocenoz je energetska piramida, v kateri je velikost pravokotnikov sorazmerna z energijskim ekvivalentom na časovno enoto, tj. količina energije (na enoto površine ali prostornine), ki je prešla skozi določeno trofično raven v določenem obdobju (slika 7) Ibid.. Na osnovo energijske piramide je mogoče razumno dodati še en pravokotnik od spodaj, ki odraža pretok sončne energije.
Energijska piramida odraža dinamiko prehajanja prehranske mase skozi prehransko (trofično) verigo, kar jo bistveno razlikuje od piramid števil in biomase, ki odražata statiko sistema (število organizmov v danem trenutku). Na obliko te piramide ne vplivajo spremembe v velikosti in hitrosti presnove posameznikov. Če upoštevamo vse vire energije, bo piramida vedno imela tipičen videz (v obliki piramide z vrhom navzgor), po drugem zakonu termodinamike.
riž. 7. Energijska piramida: številke - količina energije, kJ * m -2 * r -1
Energijske piramide omogočajo ne le primerjavo različnih biocenoz, ampak tudi ugotavljanje relativne pomembnosti populacij znotraj ene skupnosti. So najbolj uporabne izmed treh vrst ekoloških piramid, vendar je podatke za njihovo izdelavo najtežje pridobiti.
Eden najuspešnejših in jasnih primerov klasičnih ekoloških piramid so piramide, prikazane na sl. 8 Nikolaikin N. I. Ekologija: učbenik. za univerze / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3. izd., stereotip. - M.: Bustard, 2004. Ilustrirajo pogojno biocenozo, ki jo je predlagal ameriški ekolog Yu Odum. »Biocenoza« je sestavljena iz dečka, ki se prehranjuje samo s teletino, in teleta, ki jedo samo lucerno.
riž.
Pravilo 1% Ekologija. Potek predavanj. Sestavil: doktor znanosti, izredni profesor A.I. Tikhonov, 2002. Pasteurjeve točke, tako kot R. Lindemannov zakon energetske piramide, so privedle do oblikovanja pravil enega in desetih odstotkov. Seveda sta 1 in 10 približni številki: približno 1 in približno 10.
"Magična številka" 1 % izhaja iz razmerja med možnostmi porabe energije in »zmogljivostjo«, potrebno za stabilizacijo okolja. Za biosfero delež možne porabe celotne primarne proizvodnje ne presega 1 % (kar izhaja iz zakona R. Lindemanna: okoli 1 % neto primarne proizvodnje v energijskem smislu porabijo vretenčarji kot porabniki višjih redov, okoli 10 % nevretenčarji kot potrošniki nižjih redov, preostali del pa bakterije in saprofagne glive). Takoj ko je človeštvo na meji prejšnjega in sedanjega stoletja začelo uporabljati večjo količino biosfernih produktov (zdaj vsaj 10 %), Le Chatelier-Brownovo načelo ni bilo več zadoščeno (očitno od približno 0,5 % celotna energija biosfere): vegetacija ni zagotavljala rasti biomase v skladu z naraščanjem koncentracije CO 2 itd. (povečanje količine ogljika, ki ga vežejo rastline, so opazili šele v zadnjem stoletju).
Empirično je dovolj priznan prag porabe 5 - 10% količine snovi, ki vodi do opaznih sprememb v sistemih narave pri prehodu skozi njo. Sprejeto je bilo predvsem na empirično-intuitivni ravni, brez razlikovanja oblik in narave nadzora v teh sistemih. Približno je možno razdeliti nastajajoče prehode za naravne sisteme z organizmskimi in konzorcijskimi vrstami upravljanja na eni strani ter populacijske sisteme na drugi. Za prve so vrednosti, ki nas zanimajo, prag za izhod iz stacionarnega stanja do 1% pretoka energije ("norma" porabe) in prag samouničenja - približno 10% tega " norma«. Pri populacijskih sistemih preseganje povprečja 10% volumna odvzema vodi do izstopa teh sistemov iz stacionarnega stanja.
Obstajajo trije načini za ustvarjanje ekoloških piramid:
1. Piramida prebivalstva odraža številčno razmerje posameznikov različnih trofičnih ravni ekosistema.Če se organizmi znotraj iste ali različnih trofičnih ravni zelo razlikujejo po velikosti, potem populacijska piramida daje izkrivljeno predstavo o resničnih razmerjih med trofičnimi ravnmi. Na primer, v planktonski skupnosti je število proizvajalcev več deset in stokrat večje od števila potrošnikov, v gozdu pa se lahko več sto tisoč potrošnikov prehranjuje z organi enega drevesa - proizvajalca.
2. Piramida biomase prikazuje količino žive snovi ali biomase na vsaki trofični ravni. V večini kopenskih ekosistemov je biomasa producentov, to je skupna masa rastlin, največja, biomasa organizmov na vsaki naslednji trofični ravni pa je manjša od prejšnje. Vendar pa je v nekaterih skupnostih biomasa porabnikov prvega reda večja od biomase proizvajalcev. Na primer, v oceanih, kjer so glavni proizvajalci enocelične alge z visoko stopnjo razmnoževanja, je lahko njihova letna proizvodnja več deset ali celo stokrat večja od rezerve biomase. Hkrati se vsi produkti, ki jih tvorijo alge, tako hitro vključijo v prehranjevalno verigo, da je akumulacija algne biomase majhna, vendar zaradi visokih stopenj razmnoževanja majhna zaloga alg zadostuje za vzdrževanje stopnje obnove alg. organske snovi. V zvezi s tem ima piramida biomase v oceanu obratno razmerje, tj. "obrnjeno". Na višjih trofičnih ravneh prevladuje težnja po kopičenju biomase, saj je življenjska doba plenilcev dolga, stopnja menjave njihovih generacij je, nasprotno, majhna in pomemben del snovi, ki vstopi v prehranjevalno verigo, se zadrži v njihovih telo.
3. Energijska piramida odraža količino pretoka energije v električnem tokokrogu. Na obliko te piramide ne vpliva velikost posameznikov in bo vedno trikotne oblike s široko osnovo na dnu, kot narekuje drugi zakon termodinamike. Zato daje energetska piramida najbolj popolno in natančno sliko funkcionalne organizacije skupnosti, vseh presnovnih procesov v ekosistemu. Če piramidi števil in biomase odražata statiko ekosistema (število in biomaso organizmov v danem trenutku), potem piramida energije odraža dinamiko prehajanja prehranske mase skozi prehranjevalne verige. Tako je osnova v piramidah števil in biomase lahko večja ali manjša od poznejših trofičnih ravni (odvisno od razmerja proizvajalcev in potrošnikov v različnih ekosistemih). Piramida energije se vedno oži navzgor. To je posledica dejstva, da se energija, porabljena za dihanje, ne prenese na naslednjo trofično raven in zapusti ekosistem. Zato bo vsaka naslednja raven vedno manjša od prejšnje. V kopenskih ekosistemih zmanjšanje količine razpoložljive energije običajno spremlja zmanjšanje številčnosti in biomase posameznikov na vsaki trofični ravni. Zaradi tako velikih izgub energije za gradnjo novih tkiv in dihanje organizmov prehranjevalne verige ne morejo biti dolge; običajno so sestavljeni iz 3-5 enot (trofični nivoji).
Poznavanje zakonitosti produktivnosti ekosistemov in sposobnost kvantitativnega obračunavanja pretoka energije sta velikega praktičnega pomena, saj je proizvodnja naravnih in umetnih združb (agroienoze) glavni vir preskrbe s hrano za človeštvo. Natančni izračuni pretoka energije in obsega produktivnosti ekosistemov omogočajo uravnavanje kroženja snovi v njih tako, da se doseže največji izkoristek produktov, potrebnih za človeka.
Nasledstva in njihove vrste.
Imenuje se proces, pri katerem združbe rastlinskih in živalskih vrst sčasoma nadomestijo druge, običajno bolj zapletene združbe ekološko nasledstvo, ali preprosto nasledstvo.
Ekološko nasledstvo se običajno nadaljuje, dokler skupnost ne postane stabilna in samozadostna. Ekologi ločijo dve vrsti ekološkega nasledstva: primarno in sekundarno.
Primarno nasledstvo- je dosleden razvoj skupnosti na območjih brez zemlje.
1. stopnja – nastanek kraja brez življenja;
2. stopnja – naselitev prvih rastlinskih in živalskih organizmov na tem mestu;
3. stopnja – vzpostavitev organizmov;
Faza 4 – tekmovanje in izpodrivanje vrst;
5. stopnja – preoblikovanje habitata z organizmi, postopna stabilizacija razmer in odnosov.
Znan primer primarne sukcesije je posedanje strjene lave po vulkanskem izbruhu ali pobočje po snežnem plazu, ki je uničil celoten profil tal, območja odprtih kopov, s katerih je bila odstranjena zgornja plast prsti itd. Na takšnih neplodnih območjih lahko primarno nasledstvo od gole skale do zrelega gozda traja na stotine do tisoče let.
Sekundarno nasledstvo- dosleden razvoj združb na območju, kjer je naravna vegetacija izničena ali močno prizadeta, prst pa ni uničena. Sekundarna sukcesija se začne na mestu uničene biocenoze (gozd po požaru). Nasledstvo nastopi hitro, saj Semena in deli prehranjevalnih vezi se ohranijo v tleh in nastane biocenoza. Če pogledamo sukcesijo na opuščenih zemljiščih, ki niso namenjena kmetijstvu, vidimo, da se nekdanja polja hitro prekrijejo z različnimi enoletnimi rastlinami. Sem lahko pridejo tudi semena drevesnih vrst: bora, smreke, breze in trepetlike, ki včasih premagujejo velike razdalje s pomočjo vetra ali živali. Na začetku se spremembe zgodijo hitro. Potem, ko se pojavijo počasneje rastoče rastline, se stopnja nasledstva zmanjša. Sadike breze tvorijo gosto rast, ki senči zemljo, in četudi semena smreke vzklijejo skupaj z brezo, njene sadike, ki se znajdejo v zelo neugodnih razmerah, močno zaostajajo za brezovimi. Breza se imenuje "pionir gozda", ker se skoraj vedno prva naseli na motena zemljišča in ima širok spekter prilagodljivosti. Breze v starosti 2-3 let lahko dosežejo višino 100-120 cm, medtem ko jelke v isti starosti dosežejo komaj 10 cm. Spremembe vplivajo tudi na živalsko komponento obravnavane biocenoze. Na prvih stopnjah se naselijo majski hrošči in brezovi vešči, nato se pojavijo številne ptice: ščinkavci, ščinkavci in penice. Naselijo se majhni sesalci: rovke, krti, ježi. Spreminjajoče se svetlobne razmere začnejo blagodejno vplivati na mlada božična drevesca, ki pospešijo njihovo rast.
Stabilna faza sukcesije, ko je združba (biocenoza) popolnoma oblikovana in je v ravnovesju z okoljem, se imenuje menopavza Skupina vrhunca je sposobna samoregulacije in lahko dolgo ostane v ravnotežnem stanju.
Tako nastane sukcesija, v kateri se najprej brezov, nato pa mešani smrekov in brezov gozd nadomesti s čistim smrekovim gozdom. Naravni proces zamenjave brezovega gozda s smrekovim traja več kot 100 let. Zato se proces nasledstva včasih imenuje sekularna sprememba.
18. Funkcije žive snovi v biosferi. Živa snov - To je celota živih organizmov (biomasa Zemlje). Je odprt sistem, za katerega so značilni rast, razmnoževanje, distribucija, izmenjava snovi in energije z zunanjim okoljem, kopičenje energije in njen prenos v prehranjevalnih verigah. Živa snov opravlja 5 funkcij:
1. Energija (sposobnost absorbiranja sončne energije, pretvorbe v energijo kemičnih vezi in prenosa skozi prehranjevalne verige)
2. Plin (sposobnost vzdrževanja konstantne plinske sestave biosfere zaradi uravnoteženega dihanja in fotosinteze)
3. Koncentracija (sposobnost živih organizmov, da kopičijo določene elemente okolja v svojih telesih, zaradi česar je prišlo do prerazporeditve elementov in tvorbe mineralov)
4. Redox (sposobnost spreminjanja oksidacijskega stanja elementov in ustvarjanja različnih spojin v naravi za podporo raznolikosti življenja)
5. Destruktivno (zmožnost razgradnje mrtve organske snovi, zaradi katere pride do kroženja snovi)
- Funkcija vode žive snovi v biosferi je povezana z biogenim kroženjem vode, ki je pomemben v kroženju vode na planetu.
Z opravljanjem naštetih funkcij se živa snov prilagaja okolju in jo prilagaja svojim biološkim (in če govorimo o ljudeh, potem družbenim) potrebam. V tem primeru se živa snov in njeno okolje razvijata kot ena celota, vendar nadzor nad stanjem okolja izvajajo živi organizmi.
Zaradi zapletenih prehranjevalnih odnosov med različnimi organizmi, trofične (prehranjevalne) povezave ali prehranjevalne verige. Prehranjevalna veriga je običajno sestavljena iz več členov:
proizvajalci – potrošniki – razkrojevalci.
Ekološka piramida– količina rastlinske snovi, ki služi kot osnova za prehrano, je večkrat večja od skupne mase rastlinojedih živali, masa vsake naslednje povezave v prehranjevalni verigi pa je manjša od prejšnje (slika 54).
Ekološka piramida - grafični prikazi odnosa med proizvajalci, potrošniki in razkrojevalci v ekosistemu.
riž. 54. Poenostavljeni diagram ekološke piramide
ali piramide števil (po Korobkin, 2006)
Grafični model piramide je leta 1927 razvil ameriški zoolog Charles Elton. Osnova piramide je prva trofična raven - raven proizvajalcev, naslednja nadstropja piramide pa tvorijo naslednje ravni - potrošniki različnih vrst. Višina vseh blokov je enaka, dolžina pa je sorazmerna s številom, biomaso ali energijo na ustreznem nivoju. Obstajajo trije načini gradnje ekoloških piramid.
1. Piramida števil (številčnost) odraža število posameznih organizmov na vsaki ravni (glej sliko 55). Na primer, da bi nahranil enega volka, potrebuje vsaj več zajcev, da jih lovi; Za hranjenje teh zajcev potrebujete precej veliko različnih rastlin. Včasih so piramide števil lahko obrnjene ali obrnjene na glavo. To velja za gozdne prehranjevalne verige, kjer drevesa služijo kot proizvajalci, žuželke pa kot primarni potrošniki. V tem primeru je raven primarnih potrošnikov številčno bogatejša od ravni proizvajalcev (na enem drevesu se hrani veliko število žuželk).
2. Piramida biomase – razmerje mas organizmov različnih trofičnih ravni. Običajno je v kopenskih biocenozah skupna masa proizvajalcev večja od vsake naslednje povezave. Po drugi strani pa je skupna masa porabnikov prvega reda večja od mase porabnikov drugega reda itd. Če se organizmi po velikosti ne razlikujejo preveč, je rezultat grafa običajno stopničasta piramida s zoženo konico. Torej, za proizvodnjo 1 kg govejega mesa potrebujete 70-90 kg sveže trave.
V vodnih ekosistemih lahko dobite tudi obrnjeno ali obrnjeno piramido biomase, ko je biomasa proizvajalcev manjša od porabnikov, včasih pa tudi razkrojevalcev. Na primer, v oceanu z dokaj visoko produktivnostjo fitoplanktona je lahko njegova skupna masa v danem trenutku manjša od mase potrošnikov (kitov, velikih rib, školjk) (slika 55).
riž. 55. Piramide biomase nekaterih biocenoz (po Korobkin, 2004):
P – proizvajalci; RK – rastlinojedi potrošniki; PC – mesojedi potrošniki;
F – fitoplankton; 3 – zooplankton (skrajna desna piramida biomase ima obrnjen videz)
Piramide števil in biomase odražajo statična sistemi, tj. označujejo število ali biomaso organizmov v določenem časovnem obdobju. Ne zagotavljajo popolnih informacij o trofični strukturi ekosistema, vendar omogočajo reševanje številnih praktičnih problemov, zlasti povezanih z ohranjanjem trajnosti ekosistemov. Piramida števil omogoča na primer izračun dovoljene količine ulova rib ali odstrela živali med lovno sezono brez posledic za njihovo normalno razmnoževanje.
3. Piramida energije odraža količino pretoka energije, hitrost prehajanja živilske mase skozi prehranjevalno verigo. Na strukturo biocenoze v večji meri ne vpliva količina fiksne energije, temveč stopnja proizvodnje hrane (slika 56).
Ugotovljeno je bilo, da je lahko največja količina energije, prenesene na naslednjo trofično raven, v nekaterih primerih 30% prejšnje, in to je v najboljšem primeru. V mnogih biocenozah in prehranjevalnih verigah je lahko količina prenesene energije le 1 %.
riž. 56. Piramida energije (zakon 10% ali 10:1),
(po Tsvetkova, 1999)
Leta 1942 je ameriški ekolog R. Lindeman formuliral zakon piramide energij (zakon 10 odstotkov), po katerem v povprečju približno 10 % energije, prejete na prejšnji ravni ekološke piramide, preide iz ene trofične ravni skozi prehranjevalne verige na drugo trofično raven. Preostala energija se izgubi v obliki toplotnega sevanja, gibanja itd. Organizmi zaradi presnovnih procesov izgubijo približno 90% vse energije, ki se porabi za vzdrževanje vitalnih funkcij v vsakem členu prehranjevalne verige.
Če je zajec pojedel 10 kg rastlinske snovi, se lahko njegova lastna teža poveča za 1 kg. Lisica ali volk, ki poje 1 kg zajčjega mesa, poveča svojo maso le za 100 g. Pri lesnatih rastlinah je ta delež precej nižji zaradi dejstva, da organizmi slabo absorbirajo les. Pri travah in morskih algah je ta vrednost veliko večja, saj nimajo težko prebavljivih tkiv. Vendar pa splošni vzorec procesa prenosa energije ostaja: veliko manj energije prehaja skozi zgornje trofične ravni kot skozi spodnje ravni.
Zato prehranjevalne verige običajno ne morejo imeti več kot 3–5 (redko 6) členov, ekološke piramide pa ne morejo biti sestavljene iz velikega števila nadstropij. Zadnji člen prehranjevalne verige bo tako kot zgornje nadstropje ekološke piramide dobil tako malo energije, da je ne bo dovolj, če se bo število organizmov povečalo.
Grafično ga lahko prikažemo v obliki tako imenovanih ekoloških piramid. Osnova piramide je raven proizvajalcev, naslednje ravni prehrane pa tvorijo tla in vrh piramide. Obstajajo tri glavne vrste ekoloških piramid:
- Piramida števil, ki odraža število organizmov na vsaki ravni;
- Piramida biomase, ki označuje maso žive snovi - skupna suha teža, vsebnost kalorij itd.;
- Piramida proizvodnje (energije) univerzalne narave, ki prikazuje spremembo primarne proizvodnje (ali energije) na zaporednih trofičnih ravneh.
Redno piramide števil za pašne verige imajo zelo široko osnovo in se močno zožijo proti končnim potrošnikom. V tem primeru se število "korakov" razlikuje za vsaj 1-3 velikosti. Vendar to velja le za zelnate združbe - travniške ali stepske biocenoze.
Slika se dramatično spremeni, če upoštevamo gozdno združbo (na enem drevesu se lahko prehranjuje na tisoče fitofagov) ali če se na istem trofičnem nivoju pojavijo tako različni fitofagi, kot so listne uši in sloni. To izkrivljanje je mogoče premagati z biomasne piramide.
V kopenskih ekosistemih je biomasa rastlin vedno bistveno večja od biomase živali, biomasa fitofagov pa vedno večja od biomase zoofagov.
Piramide biomase za vodne, predvsem morske ekosisteme so videti drugače: biomasa živali je običajno veliko večja od biomase rastlin. Ta "nepravilnost" je posledica dejstva, da piramide biomase ne upoštevajo trajanja obstoja generacij posameznikov na različnih trofičnih ravneh, hitrosti nastajanja in porabe biomase. Glavni proizvajalec morskih ekosistemov je fitoplankton, ki ima velik reproduktivni potencial in hitro menjavo generacij. V času, ko plenilske ribe (še bolj pa mroži in kiti) naberejo svojo biomaso, se bo zamenjalo veliko generacij fitoplanktona, katerega skupna biomasa je veliko večja. Zato je univerzalni način izražanja trofične strukture ekosistemov piramida hitrosti nastajanja žive snovi, z drugimi besedami, piramida energij.
Bolj popoln odraz vpliva trofičnih odnosov na ekosistem je pravilo piramide izdelkov (energija): Na vsaki prejšnji trofični ravni je količina ustvarjene biomase na enoto časa (ali energije) večja kot na naslednji. Proizvodna piramida odraža zakonitosti porabe energije v trofičnih verigah.
Navsezadnje vsa tri piramidna pravila odražajo energijske odnose v ekosistemu, produktna (energijska) piramida pa je univerzalne narave.
V naravi se v stabilnih sistemih biomasa nekoliko spreminja, t.j. narava si prizadeva izkoristiti celotno bruto proizvodnjo. Poznavanje energije ekosistema in njegovih kvantitativnih kazalcev omogoča natančno upoštevanje možnosti odstranitve določene količine rastlinske in živalske biomase iz naravnega ekosistema, ne da bi pri tem spodkopali njegovo produktivnost.
Človek prejme precej proizvodov iz naravnih sistemov, vendar je glavni vir hrane zanj kmetijstvo. Z ustvarjanjem agroekosistemov si človek prizadeva pridobiti čim več čiste rastlinske proizvodnje, vendar mora polovico rastlinske mase porabiti za krmljenje rastlinojedih živali, ptic itd., Pomemben del proizvoda gre v industrijo in se izgubi v odpadkih. , tj. in tukaj se izgubi približno 90 % neto proizvodnje in le približno 10 % se neposredno uporabi za prehrano ljudi.