Mga piramide sa ekolohiya.

Ang mga trophic chain ay maaaring theoretically binubuo ng Malaking numero mga link, ngunit halos hindi lalampas sa 5-6 na mga link, dahil bilang resulta ng aksyon pangalawang batas ng thermodynamics mabilis na nawawala ang enerhiya.

Ang pangalawang batas ng thermodynamics ay kilala rin bilang batas ng pagtaas entropy(Griyego entropia pagliko, pagbabago). Ayon sa batas na ito, ang enerhiya ay hindi maaaring likhain o sirain - ito ay inililipat mula sa isang sistema patungo sa isa pa at binago mula sa isang anyo patungo sa isa pa.

Sa mga trophic chain, ang dami ng halaman na nagsisilbing batayan ng food chain ay humigit-kumulang 10 beses na mas malaki kaysa sa masa ng mga herbivorous na hayop, at ang bawat kasunod na antas ng pagkain ay mayroon ding mass na 10 beses na mas mababa. Ang pattern na ito ay tinatawag na 10% na panuntunan: sa karaniwan, hindi hihigit sa 1/10 ng enerhiya na natanggap mula sa nakaraang antas ay inilipat sa susunod na antas ng trophic. Samakatuwid, kung ang tungkol sa isang porsyento ng solar energy ay naipon sa mga halaman, kung gayon, halimbawa, sa ika-4 na antas ng trophic ang bahagi nito ay magiging 0.001% lamang.

Mga trophic chain kumakatawan napaka hindi matatag na mga sistema , dahil ang hindi sinasadyang pagkawala ng anumang link ay sumisira sa buong chain. Pagpapanatili ng natural ang mga komunidad ay tinitiyak ng pagkakaroon ng mga kumplikadong branched multi-species mga trophic network . Sa ganitong mga network, kapag nahuhulog ang anumang link, nagsisimulang gumalaw ang enerhiya sa mga bypass path. Paano mas maraming uri sa biogeocenosis, mas maaasahan at matatag ito.

Upang mailarawan ang magnitude ng koepisyent ng paglipat ng enerhiya mula sa antas hanggang sa antas sa mga kadena ng pagkain ng mga ekosistema, ginagamit ang mga ecological pyramids ng ilang uri.

Ecological pyramid – ito ay isang graphical (o diagrammatic) na representasyon ng ugnayan sa pagitan ng mga volume organikong bagay o enerhiya sa mga katabing antas sa food chain.

Ang graphic na modelo ng pyramid ay binuo noong 1927 ng isang Amerikanong zoologist Charles Elton.

Ang base ng pyramid ay ang unang antas ng trophic - ang antas ng mga producer, at ang susunod na "mga palapag" ng pyramid ay nabuo ng mga kasunod na antas - mga mamimili ng iba't ibang mga order. Ang taas ng lahat ng mga bloke ay pareho, at ang haba ay proporsyonal sa bilang, biomass o enerhiya sa kaukulang antas. May tatlong paraan upang bumuo ng mga ecological pyramids

Ang pinakalaganap na uri ng ecological pyramids ay:

Elton's Number Pyramids;

Pyramids ng biomass;

Pyramid ng enerhiya.

Prinsipyo ni Lindemann. Noong 1942, batay sa isang generalization ng malawak na empirical na materyal, ang American ecologist na si Lindeman ay bumalangkas ng prinsipyo ng pagbabago ng biochemical energy sa mga ecosystem, na tinawag sa environmental literature. batas 10%.

Prinsipyo ni Lindemann - batas ng pyramid of energies (batas ng 10 porsiyento), ayon sa kung saan, sa karaniwan, humigit-kumulang 10% ng enerhiya na natanggap sa nakaraang antas ng ecological pyramid ay pumasa mula sa isang trophic level sa pamamagitan ng food chain patungo sa isa pang trophic level. Ang natitirang enerhiya ay nawala sa anyo ng thermal radiation, paggalaw, atbp. Bilang resulta ng mga metabolic process, ang mga organismo ay nawawalan ng halos 90% ng lahat ng enerhiya sa bawat link ng food chain, na ginugugol sa pagpapanatili ng kanilang mahahalagang function.

Mga number pyramid ni Elton ay ipinakita sa anyo average na bilang ng mga indibidwal , kinakailangan para sa nutrisyon ng mga organismo na matatagpuan sa kasunod na antas ng trophic.

Pyramid ng mga numero(kasaganaan) ay sumasalamin sa bilang ng mga indibidwal na organismo sa bawat antas (Larawan 35).

Halimbawa, upang pakainin ang isang lobo, kailangan niya ng hindi bababa sa ilang mga liyebre para sa kanya upang manghuli; Upang pakainin ang mga hares na ito, kailangan mo ng medyo malaking iba't ibang mga halaman.

Halimbawa, upang kumatawan sa food chain:

OAK LEAF – CATERPILLAR – TIT

Ang pyramid ng mga numero para sa isang tit (ikatlong antas) ay naglalarawan ng bilang ng mga uod (pangalawang antas) na kinakain nito sa isang tiyak na oras, halimbawa, sa isang araw ng liwanag. Sa unang antas ng pyramid, kasing dami ng mga dahon ng oak na inilalarawan bilang kinakailangan upang pakainin ang bilang ng mga uod na ipinapakita sa ikalawang antas ng pyramid.

Pyramids ng biomass at enerhiya ipahayag ang mga ratios ng dami ng biomass o enerhiya sa bawat trophic level.

Ang biomass pyramid ay batay sa pagpapakita ng mga resulta ng pagtimbang ng tuyong masa ng organikong bagay sa bawat antas, at ang energy pyramid ay batay sa mga kalkulasyon ng biochemical energy na inilipat mula sa pinagbabatayan patungo sa itaas na antas. Ang mga antas na ito sa biomass (o enerhiya) na pyramid graph ay inilalarawan bilang mga parihaba na may pantay na taas, ang lapad nito ay proporsyonal sa dami ng biomass na inilipat sa bawat kasunod na (nasa ibabaw) na antas ng trophic chain na pinag-aaralan.

GRASS (809) – HERBIVORES (37) – CARNIVORES-1 (11) – CARNIVORES-2 (1.5),

kung saan ang mga halaga ng dry biomass (g/sq. m) ay ipinahiwatig sa mga panaklong.

2. Pyramid ng biomass – ang ratio ng masa ng mga organismo ng iba't ibang antas ng trophic. Karaniwan sa terrestrial biocenoses ang kabuuang masa ng mga producer ay mas malaki kaysa sa bawat kasunod na link. Sa turn, ang kabuuang mass ng mga first-order na consumer ay mas malaki kaysa sa second-order na mga consumer, atbp. Kung ang mga organismo ay hindi masyadong nag-iiba sa laki, ang graph ay kadalasang nagreresulta sa isang stepped pyramid na may tapering tip. Kaya, upang makagawa ng 1 kg ng karne ng baka kailangan mo ng 70-90 kg ng sariwang damo.

Sa aquatic ecosystem, maaari ka ring makakuha ng inverted, o inverted, pyramid ng biomass, kapag ang biomass ng mga producer ay mas mababa kaysa sa mga consumer, at minsan ng mga decomposers. Halimbawa, sa karagatan, na may medyo mataas na produktibidad ng phytoplankton, ang kabuuang masa nito ay sa sandaling ito maaaring mas mababa kaysa sa mga mamimili ng mamimili (mga balyena, malalaking isda, shellfish)

Ang mga piramide ng mga numero at biomass ay sumasalamin static system, ibig sabihin, kinikilala nila ang bilang o biomass ng mga organismo sa isang tiyak na tagal ng panahon. Hindi sila nagbibigay ng kumpletong impormasyon tungkol sa trophic na istraktura ng isang ecosystem, bagama't pinapayagan nila ang paglutas ng ilang praktikal na problema, lalo na may kaugnayan sa pagpapanatili ng sustainability ng ecosystem.

Ang pyramid ng mga numero ay nagbibigay-daan, halimbawa, upang kalkulahin ang pinahihintulutang dami ng nahuhuli ng isda o pagbaril ng mga hayop sa panahon ng pangangaso nang walang mga kahihinatnan para sa kanilang normal na pagpaparami.

3. Pyramid ng Enerhiya sumasalamin sa dami ng daloy ng enerhiya, ang bilis ng pagpasa ng masa ng pagkain sa pamamagitan ng kadena ng pagkain. Ang istraktura ng biocenosis ay naiimpluwensyahan sa isang mas malaking lawak hindi ng dami ng nakapirming enerhiya, ngunit rate ng produksyon ng pagkain (Larawan 37).

Ito ay itinatag na ang maximum na dami ng enerhiya na inilipat sa susunod na antas ng trophic ay maaaring, sa ilang mga kaso, ay 30% ng nauna, at ito ay nasa pinakamahusay na senaryo ng kaso. Sa maraming biocenoses at food chain, ang halaga ng enerhiya na inilipat ay maaari lamang 1%.

kanin. 37. Energy Pyramid: daloy ng enerhiya sa grazing food chain (lahat ng figure ay nasa kilojoules bawat metro squared times sa taon)

Tandaan na ang mga ecological pyramids ay isang malinaw na paglalarawan ng prinsipyo ng Lindemann at sa kanilang tulong ay sumasalamin sa isang mahalagang katangian ng mga proseso ng enerhiya sa mga ecosystem, ibig sabihin: dahil sa medyo maliit na bahagi ng enerhiya (sa average na humigit-kumulang isang ikasampu) na inilipat sa susunod na antas, napaka kaunting enerhiya ang nananatili sa ecosystem, at ang natitira ay babalik sa geosphere. Kaya, na may 4 na antas na trophic chain, ikasampung libo lamang ng biochemical energy ang nananatili sa ecosystem. Ang napapabayaang bahagi ng enerhiya na natitira sa ecosystem ay nagpapaliwanag kung bakit sa mga totoong natural na ecosystem ang mga food chain ay hindi hihigit sa 5-6 na antas.

Mga piramide sa ekolohiya

Ang mga functional na relasyon, i.e. trophic na istraktura, ay maaaring ilarawan nang grapiko, sa anyo ng tinatawag na ecological pyramid. Ang base ng pyramid ay ang antas ng mga producer, at ang mga kasunod na antas ng nutrisyon ay bumubuo sa mga sahig at tuktok ng pyramid. May tatlong pangunahing uri ng ecological pyramids: 1) pyramid ng mga numero, na sumasalamin sa bilang ng mga organismo sa bawat antas (Elton's pyramid); 2) biomass pyramid, na nagpapakilala sa masa ng nabubuhay na bagay - kabuuang tuyong timbang, nilalaman ng calorie, atbp.; 3) pyramid ng produkto(o enerhiya), pagkakaroon ng unibersal na karakter, na nagpapakita ng mga pagbabago sa pangunahing produksyon (o enerhiya) sa magkakasunod na antas ng trophic.

Ang pyramid of numbers ay nagpapakita ng malinaw na pattern na natuklasan ni Elton: ang bilang ng mga indibidwal na bumubuo ng sunud-sunod na serye ng mga link mula sa mga producer patungo sa mga consumer ay patuloy na bumababa (Fig. 5.). Ang pattern na ito ay batay, una, sa katotohanan na upang balansehin ang masa ng isang malaking katawan, maraming maliliit na katawan ang kailangan; pangalawa, isang halaga ng enerhiya ang nawawala mula sa mas mababa hanggang sa mas mataas na antas ng trophic (10% lamang ng enerhiya ang umabot sa nakaraang antas mula sa bawat antas) at, pangatlo, mayroong isang kabaligtaran na relasyon sa pagitan ng metabolismo at ang laki ng mga indibidwal (mas maliit ang organismo, mas matindi ang metabolismo, mas mataas ang rate ng paglago ng kanilang mga numero at biomass).

kanin. 5. Pinasimpleng diagram ng Elton's pyramid

Gayunpaman, ang mga pyramid ng populasyon ay mag-iiba nang malaki sa hugis sa iba't ibang ecosystem, kaya mas mainam na ipakita ang mga numero sa tabular form, ngunit biomass sa graphical na anyo. Malinaw na ipinapahiwatig nito ang dami ng lahat ng nabubuhay na bagay sa isang naibigay na antas ng trophic, halimbawa, sa mga yunit ng masa bawat yunit ng lugar - g / m2 o dami - g / m3, atbp.

Sa mga terrestrial ecosystem, nalalapat ang sumusunod na panuntunan: biomass pyramid: ang kabuuang masa ng mga halaman ay lumampas sa masa ng lahat ng herbivores, at ang kanilang masa ay lumampas sa buong biomass ng mga mandaragit. Ang panuntunang ito ay sinusunod, at ang biomass ng buong chain ay nagbabago sa mga pagbabago sa halaga ng net production, ang ratio ng taunang pagtaas kung saan sa biomass ng ecosystem ay maliit at nag-iiba-iba sa mga kagubatan ng iba't ibang geographical zone mula 2 hanggang 6 %. At lamang sa mga komunidad ng halaman ng parang maaari itong umabot sa 40-55%, at sa ilang mga kaso, sa mga semi-disyerto - 70-75%. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 6 ang mga pyramids ng biomass ng ilang biocenoses. Tulad ng makikita mula sa figure, para sa karagatan ang panuntunan sa itaas ng biomass pyramid ay hindi wasto - mayroon itong baligtad (reversed) na hitsura.

kanin. 6. Pyramids ng biomass ng ilang biocenoses: P - mga producer; RK - mga mamimili ng herbivorous; PC - mga mahilig sa kame consumer; F – phytoplankton; Z - zooplankton

Ang ecosystem ng karagatan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang ugali para sa biomass na maipon sa mataas na antas sa mga mandaragit. Ang mga mandaragit ay nabubuhay nang matagal at ang turnover rate ng kanilang mga henerasyon ay mababa, ngunit para sa mga producer - phytoplanktonic algae - ang turnover rate ay maaaring daan-daang beses na mas mataas kaysa sa biomass reserve. Nangangahulugan ito na ang kanilang netong produksyon dito ay lumalampas din sa produksyon na hinihigop ng mga mamimili, ibig sabihin, mas maraming enerhiya ang dumadaan sa antas ng mga prodyuser kaysa sa lahat ng mga mamimili.

Kaya't malinaw na ang isang mas perpektong pagmuni-muni ng impluwensya ng mga trophic na relasyon sa ecosystem ay dapat maging panuntunan ng produkto (o enerhiya) na pyramid: sa bawat nakaraang antas ng trophic, ang dami ng biomass na nilikha sa bawat yunit ng oras (o enerhiya) ay mas malaki kaysa sa susunod.

Ang trophic o food chain ay maaaring ilarawan sa hugis ng isang pyramid. Ang numerical value ng bawat hakbang ng naturang pyramid ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng bilang ng mga indibidwal, kanilang biomass o ang enerhiya na naipon dito.

Alinsunod sa ang batas ng pyramid of energies ni R. Lindemann at ang panuntunan ng sampung porsyento, mula sa bawat yugto humigit-kumulang 10% (mula 7 hanggang 17%) ng enerhiya o bagay sa mga tuntunin ng enerhiya ay pumasa sa susunod na yugto (Larawan 7). Tandaan na sa bawat kasunod na antas, habang bumababa ang dami ng enerhiya, tumataas ang kalidad nito, i.e. ang kakayahang gumawa ng trabaho sa bawat yunit ng biomass ng hayop ay katumbas na bilang ng beses na mas mataas kaysa sa parehong dami ng biomass ng halaman.

Ang isang kapansin-pansing halimbawa ay ang food chain ng open sea, na kinakatawan ng plankton at whale. Ang masa ng plankton ay nakakalat sa tubig ng karagatan at, na may bioproductivity ng bukas na dagat na mas mababa sa 0.5 g/m 2 araw -1, ang dami ng potensyal na enerhiya sa isang metro kubiko ng tubig sa karagatan ay napakaliit kumpara sa enerhiya ng isang balyena , na ang masa ay maaaring umabot ng ilang daang tonelada. Tulad ng alam mo, ang langis ng balyena ay isang mataas na calorie na produkto na ginamit pa para sa pag-iilaw.

Alinsunod sa huling pigura ito ay nabuo isang porsyentong tuntunin: para sa katatagan ng biosphere sa kabuuan, ang bahagi ng posibleng huling pagkonsumo ng netong pangunahing produksyon sa mga tuntunin ng enerhiya ay hindi dapat lumampas sa 1%.

Fig.7. Pyramid ng paglipat ng enerhiya sa kahabaan ng food chain (ayon kay Yu. Odum)

Ang isang kaukulang pagkakasunud-sunod ay sinusunod din sa pagkasira ng organikong bagay: humigit-kumulang 90% ng enerhiya ng purong pangunahing produksyon ay inilabas ng mga mikroorganismo at fungi, mas mababa sa 10% ng mga invertebrate na hayop at mas mababa sa 1% ng mga vertebrate na hayop, na siyang pangwakas. mga cosumentor.

Sa huli, ang lahat ng tatlong panuntunan ng mga pyramids ay sumasalamin sa mga relasyon sa enerhiya sa ecosystem, at ang pyramid ng mga produkto (enerhiya) ay may unibersal na katangian.

Sa kalikasan, sa mga matatag na sistema, bahagyang nagbabago ang biomass, ibig sabihin, ang kalikasan ay may posibilidad na gamitin ang buong kabuuang produksyon. Ang kaalaman sa enerhiya ng isang ecosystem at ang mga quantitative indicator nito ay ginagawang posible na tumpak na isaalang-alang ang posibilidad ng pag-alis ng isang tiyak na halaga ng biomass ng halaman at hayop mula sa natural na ekosistema nang hindi binabawasan ang pagiging produktibo nito.

Ang tao ay tumatanggap ng napakaraming produkto mula sa mga natural na sistema, gayunpaman, ang pangunahing pinagmumulan ng pagkain para sa kanya ay ang agrikultura. Ang pagkakaroon ng paglikha ng mga agroecosystem, ang isang tao ay nagsisikap na makakuha ng mas maraming dalisay na mga produkto ng halaman hangga't maaari, ngunit kailangan niyang gumastos ng kalahati ng masa ng halaman sa pagpapakain ng mga herbivore, ibon, atbp., isang makabuluhang bahagi ng mga produkto ang napupunta sa industriya at nawala sa basura. , ibig sabihin, nawawala rin dito ang tungkol sa 90% ay purong produksyon at halos 10% lamang ang direktang ginagamit para sa pagkonsumo ng tao.

Sa natural na ecosystem, nagbabago rin ang mga daloy ng enerhiya sa intensity at karakter, ngunit ang prosesong ito ay kinokontrol ng pagkilos. salik sa kapaligiran, na ipinapakita sa dinamika ng ecosystem sa kabuuan.

Ang pag-asa sa kadena ng pagkain bilang batayan para sa paggana ng ecosystem, posible ring ipaliwanag ang mga kaso ng akumulasyon sa mga tisyu ng ilang mga sangkap (halimbawa, mga sintetikong lason), na, habang lumilipat sila sa kadena ng pagkain, ay hindi. lumahok sa normal na metabolismo ng mga organismo. Ayon kay mga patakaran ng biological enhancement Mayroong humigit-kumulang sampung beses na pagtaas sa konsentrasyon ng pollutant kapag lumipat sa higit pa mataas na lebel ecological pyramid. Sa partikular, ang isang tila hindi gaanong nadagdagan na nilalaman ng radionuclides sa tubig ng ilog sa unang antas ng trophic chain ay na-assimilated ng mga microorganism at plankton, pagkatapos ay puro sa mga tisyu ng isda at umabot sa pinakamataas na halaga sa mga gull. Ang kanilang mga itlog ay may antas ng radionuclides na 5000 beses na mas mataas kaysa sa kontaminasyon sa background.

Mga uri ng ecosystem:

Mayroong ilang mga klasipikasyon ng mga ecosystem. Una, nahahati ang mga ekosistema sa likas na pinagmulan at nahahati sa natural (swamp, meadow) at artipisyal (arable land, garden, spaceship).

Sa laki Ang mga ekosistema ay nahahati sa:

1. microecosystems (halimbawa, ang puno ng nahulog na puno o isang clearing sa kagubatan)

2. mesoecosystem (kagubatan o steppe forest)

3. macroecosystems (taiga, dagat)

4. ecosystem sa pandaigdigang antas (planet Earth)

Ang enerhiya ay ang pinaka-maginhawang batayan para sa pag-uuri ng mga ecosystem. Mayroong apat na pangunahing uri ng ecosystem batay sa uri ng mapagkukunan ng enerhiya:

1. na hinimok ng Araw, mahina ang subsidized
2. hinimok ng Araw, na tinutustusan ng iba pang likas na pinagkukunan
3. hinimok ng Araw at tinustusan ng tao
4. hinihimok ng gasolina.

Sa karamihan ng mga kaso, dalawang mapagkukunan ng enerhiya ang maaaring gamitin - ang Araw at gasolina.

Ang mga likas na ecosystem na hinimok ng araw, kaunti lang ang na-subsidize- ito ay mga bukas na karagatan, matataas na kagubatan sa bundok. Lahat sila ay tumatanggap ng enerhiya halos eksklusibo mula sa isang mapagkukunan - ang Araw at may mababang produktibidad. Ang taunang pagkonsumo ng enerhiya ay tinatantya sa humigit-kumulang 10 3 -10 4 kcal-m 2. Ang mga organismong naninirahan sa mga ecosystem na ito ay iniangkop sa kakaunting halaga ng enerhiya at iba pang mapagkukunan at ginagamit ang mga ito nang mahusay. Ang mga ecosystem na ito ay napakahalaga para sa biosphere, dahil sinasakop nila ang malalawak na lugar. Ang karagatan ay sumasakop sa halos 70% ng ibabaw globo. Sa katunayan, ito ang mga pangunahing sistema ng suporta sa buhay, mga mekanismo na nagpapatatag at nagpapanatili ng mga kondisyon sa " sasakyang pangkalawakan"- Lupa. Dito, ang malaking dami ng hangin ay dinadalisay araw-araw, ang tubig ay ibinalik sa sirkulasyon, ang mga kondisyon ng klima ay nabuo, ang temperatura ay pinananatili, at ang iba pang mga function na nagpapanatili ng buhay ay ginaganap. Bilang karagdagan, ang ilang pagkain at iba pang mga materyales ay ginawa dito nang walang anumang input ng tao. Dapat din itong sabihin tungkol sa mga aesthetic na halaga ng mga ecosystem na ito na hindi maaaring isaalang-alang.

Mga likas na ecosystem na hinimok ng Araw, na tinutustusan ng iba pang likas na mapagkukunan, ay mga ecosystem na likas na mataba at gumagawa ng labis na organikong bagay na maaaring maipon. Tumatanggap sila ng natural na subsidyo sa enerhiya sa anyo ng enerhiya mula sa tides, surf, mga alon na nagmumula sa catchment area na may ulan at hangin, organic at mineral atbp. Ang pagkonsumo ng enerhiya sa mga ito ay mula 1*10 4 hanggang 4*10 4 kcal*m -2 *year -1. Ang baybaying bahagi ng estero tulad ng Neva Bay - magandang halimbawa ecosystem na mas mataba kaysa sa mga katabing lugar ng lupa na tumatanggap ng parehong dami ng solar energy. Ang labis na pagkamayabong ay maaari ding maobserbahan sa maulang kagubatan.

Ecosystem na hinimok ng araw at tinutustusan ng mga tao, ay mga terrestrial at aquatic agroecosystem na tumatanggap ng enerhiya hindi lamang mula sa Araw, kundi pati na rin mula sa mga tao sa anyo ng mga subsidyo sa enerhiya. Ang kanilang mataas na produktibo ay sinusuportahan ng enerhiya ng kalamnan at enerhiya ng gasolina, na ginugol sa paglilinang, patubig, pagpapabunga, pagpili, pagproseso, transportasyon, atbp. Ang tinapay, mais, patatas ay “bahaging gawa sa mantika.” Ang pinaka-produktibong agrikultura ay tumatanggap ng humigit-kumulang sa parehong dami ng enerhiya bilang ang pinakaproduktibo mga likas na ekosistema pangalawang uri. Ang kanilang produksyon ay umabot sa humigit-kumulang 50,000 kcal*m -2 taon -1 . Ang pagkakaiba sa pagitan nila ay ang tao ay nagtuturo ng mas maraming enerhiya hangga't maaari sa produksyon ng isang limitadong uri ng pagkain, habang ang kalikasan ay namamahagi nito sa maraming uri at nag-iipon ng enerhiya para sa tag-ulan, na parang inilalagay ito sa iba't ibang mga bulsa. Ang diskarteng ito ay tinatawag na "diversity-for-survival strategy."

Industrial-urban ecosystem na hinimok ng gasolina, ay ang pinakamataas na tagumpay ng sangkatauhan. Sa mga pang-industriya na lungsod, ang mataas na puro na enerhiya ng gasolina ay hindi umaakma, ngunit pinapalitan ang solar energy. Ang pagkain, isang produkto ng mga sistema na hinimok ng Araw, ay dinadala sa lungsod mula sa labas. Ang isang tampok ng mga ecosystem na ito ay ang napakalaking pangangailangan ng enerhiya ng mga urban na lugar na may makapal na populasyon - ito ay dalawa hanggang tatlong order ng magnitude na mas malaki kaysa sa unang tatlong uri ng ecosystem. Kung sa mga unsubsidized na ecosystem ang pag-agos ng enerhiya ay umaabot mula 10 3 hanggang 10 4 kcal*m -2 taon -1 , at sa mga subsidized na sistema ng ikalawa at ikatlong uri - mula 10 4 hanggang 4*10 4 kcal*m -2 taon -1 , pagkatapos ay sa Sa malalaking pang-industriya na lungsod, ang pagkonsumo ng enerhiya ay umabot sa ilang milyong kilocalories bawat 1 m 2: New York -4.8 * 10 6, Tokyo - 3 * 10 6, Moscow - 10 6 kcal * m -2 taon -1.

Ang pagkonsumo ng enerhiya ng tao sa lungsod ay may average na higit sa 80 milyong kcal*year -1 ; para sa nutrisyon nangangailangan lamang ito ng halos 1 milyong kcal*year -1, samakatuwid, para sa lahat ng iba pang uri ng aktibidad ( sambahayan, transportasyon, industriya, atbp.) Ang isang tao ay gumugugol ng 80 beses na mas maraming enerhiya kaysa sa kinakailangan para sa physiological na paggana ng katawan. Siyempre, sa papaunlad na mga bansa ang sitwasyon ay medyo naiiba.

>> Ecological pyramids

Mga piramide sa ekolohiya

1. Ano ang food web?
2. 2 Anong mga organismo ang gumagawa?
3. Paano naiiba ang mga konsyumer sa mga prodyuser?

Paglipat ng enerhiya sa isang komunidad.

Sa anumang trophic chain, hindi lahat ng pagkain ay ginagamit para sa paglaki ng mga indibidwal, iyon ay, para sa pagbuo ng biomass. Ang bahagi nito ay ginugugol sa pagbibigay-kasiyahan sa mga gastos sa enerhiya ng mga organismo: paghinga, paggalaw, pagpaparami, pagpapanatili ng temperatura ng katawan, atbp. Dahil dito, sa bawat kasunod na link ang food chain bumababa ang biomass. Kadalasan, mas malaki ang masa ng paunang link ng isang food chain, mas malaki ito sa mga susunod na link.

Ang food chain ay ang pangunahing channel para sa paglipat ng enerhiya sa isang komunidad. Habang lumalayo ka sa pangunahing producer, bumababa ang dami nito. Ito ay dahil sa maraming dahilan.

Ang paglipat ng enerhiya mula sa isang antas patungo sa isa pa ay hindi kumpleto. Ang ilan sa mga enerhiya ay nawala sa panahon ng pagproseso ng pagkain, at ang ilan ay hindi nasisipsip ng katawan sa lahat at ay excreted mula dito na may dumi, at pagkatapos ay nabubulok ng mga destructors.

Ang ilang enerhiya ay nawawala bilang init habang humihinga. Anumang hayop, gumagalaw, nangangaso, gumagawa ng pugad o nagsasagawa ng iba pang mga aksyon, ay gumaganap ng trabaho na nangangailangan ng enerhiya, bilang isang resulta kung saan ang init ay inilabas muli.

Ang pagbaba sa dami ng enerhiya sa panahon ng paglipat mula sa isang antas ng trophic patungo sa isa pa (mas mataas) ay tumutukoy sa bilang ng mga antas na ito at ang ratio ng mga mandaragit at biktima. Tinatantya na ang anumang naibigay na antas ng trophic ay tumatanggap ng humigit-kumulang 10% (o bahagyang higit pa) ng enerhiya ng nakaraang antas. kaya lang kabuuang bilang Mayroong bihirang higit sa apat hanggang anim na antas ng trophic.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, na inilalarawan nang grapiko, ay tinatawag na ecological pyramid. Mayroong isang pyramid ng mga numero (mga indibidwal), isang pyramid ng biomass at isang pyramid ng enerhiya.

Ang base ng pyramid ay nabuo ng mga producer ( halaman). Sa itaas ng mga ito ay mga mamimili ng unang order (herbivores). Ang susunod na antas ay kinakatawan ng pangalawang-order na mga mamimili (mga mandaragit). At iba pa hanggang sa tuktok ng pyramid, na kung saan ay inookupahan ng pinakamalaking mandaragit. Ang taas ng pyramid ay karaniwang tumutugma sa haba ng food chain.

Ang biomass pyramid ay nagpapakita ng ratio ng biomass ng mga organismo ng iba't ibang antas ng trophic, na inilalarawan nang grapiko sa paraang ang haba o lugar ng rektanggulo na tumutugma sa isang tiyak na antas ng trophic ay proporsyonal sa biomass nito (Larawan 136).

Ang konsepto ng mga antas ng trophic

Antas ng tropiko ay isang koleksyon ng mga organismo na sumasakop sa isang tiyak na posisyon sa pangkalahatang kadena ng pagkain. Ang mga organismo na tumatanggap ng kanilang enerhiya mula sa Araw sa pamamagitan ng parehong bilang ng mga hakbang ay nabibilang sa parehong antas ng trophic.

Ang ganitong pagkakasunud-sunod at subordination ng mga pangkat ng mga organismo na konektado sa anyo ng mga antas ng trophic ay kumakatawan sa daloy ng bagay at enerhiya sa isang ecosystem, ang batayan ng organisasyon nito.

Tropiko na istraktura ng ecosystem

Bilang resulta ng pagkakasunud-sunod ng mga pagbabagong-anyo ng enerhiya sa mga kadena ng pagkain, ang bawat komunidad ng mga nabubuhay na organismo sa isang ecosystem ay nakakakuha ng isang tiyak na trophic na istraktura. Ang trophic na istraktura ng isang komunidad ay sumasalamin sa ugnayan sa pagitan ng mga producer, mga mamimili (hiwalay sa una, pangalawa, atbp. na mga order) at mga decomposer, na ipinahayag alinman sa bilang ng mga indibidwal ng mga nabubuhay na organismo, o ang kanilang biomass, o ang enerhiya na nakapaloob sa kanila, kinakalkula bawat yunit ng lugar bawat yunit ng oras.

Ang trophic na istraktura ay karaniwang inilalarawan bilang mga ecological pyramids. Ang graphic model na ito ay binuo noong 1927 ng American zoologist na si Charles Elton. Ang base ng pyramid ay ang unang antas ng trophic - ang antas ng mga producer, at ang mga susunod na palapag ng pyramid ay nabuo ng mga kasunod na antas - mga mamimili ng iba't ibang mga order. Ang taas ng lahat ng mga bloke ay pareho, at ang haba ay proporsyonal sa bilang, biomass o enerhiya sa kaukulang antas. May tatlong paraan upang bumuo ng mga ecological pyramids.

1. Pyramid ng mga numero (kasaganaan) ay sumasalamin sa bilang ng mga indibidwal na organismo sa bawat antas. Halimbawa, upang pakainin ang isang lobo, kailangan niya ng hindi bababa sa ilang mga liyebre para sa kanya upang manghuli; Upang pakainin ang mga hares na ito, kailangan mo ng medyo malaking iba't ibang mga halaman. Minsan ang mga pyramid ng mga numero ay maaaring baligtarin, o baligtad. Nalalapat ito sa mga kadena ng pagkain sa kagubatan, kung saan ang mga puno ay nagsisilbing producer at ang mga insekto ay nagsisilbing pangunahing mga mamimili. Sa kasong ito, ang antas ng mga pangunahing mamimili ay ayon sa bilang na mas mayaman kaysa sa antas ng mga producer (isang malaking bilang ng mga insekto ay kumakain sa isang puno).

2. Pyramid ng biomass - ang ratio ng masa ng mga organismo ng iba't ibang antas ng trophic. Karaniwan sa terrestrial biocenoses ang kabuuang masa ng mga producer ay mas malaki kaysa sa bawat kasunod na link. Sa turn, ang kabuuang mass ng mga first-order na consumer ay mas malaki kaysa sa second-order na mga consumer, atbp. Kung ang mga organismo ay hindi masyadong nag-iiba sa laki, ang graph ay kadalasang nagreresulta sa isang stepped pyramid na may tapering tip. Kaya, upang makagawa ng 1 kg ng karne ng baka kailangan mo ng 70-90 kg ng sariwang damo.

Sa aquatic ecosystem, maaari ka ring makakuha ng inverted, o inverted, pyramid ng biomass, kapag ang biomass ng mga producer ay mas mababa kaysa sa mga consumer, at minsan ng mga decomposers. Halimbawa, sa karagatan, na may medyo mataas na produktibidad ng phytoplankton, ang kabuuang masa nito sa isang partikular na sandali ay maaaring mas mababa kaysa sa mga consumer ng consumer (mga balyena, malalaking isda, shellfish).

Ang mga piramide ng mga numero at biomass ay sumasalamin static system, ibig sabihin, kinikilala nila ang bilang o biomass ng mga organismo sa isang tiyak na tagal ng panahon. Hindi sila nagbibigay ng kumpletong impormasyon tungkol sa trophic na istraktura ng isang ecosystem, bagama't pinapayagan nila ang paglutas ng ilang praktikal na problema, lalo na may kaugnayan sa pagpapanatili ng sustainability ng ecosystem. Ang pyramid ng mga numero ay nagbibigay-daan, halimbawa, upang kalkulahin ang pinahihintulutang dami ng nahuhuli ng isda o pagbaril ng mga hayop sa panahon ng pangangaso nang walang mga kahihinatnan para sa kanilang normal na pagpaparami.

3. Pyramid ng Enerhiya sumasalamin sa dami ng daloy ng enerhiya, ang bilis ng pagpasa ng masa ng pagkain sa pamamagitan ng kadena ng pagkain. Ang istraktura ng biocenosis ay naiimpluwensyahan sa isang mas malaking lawak hindi ng dami ng nakapirming enerhiya, ngunit sa pamamagitan ng rate ng produksyon ng pagkain.

Ito ay itinatag na ang maximum na halaga ng enerhiya na inilipat sa susunod na antas ng trophic ay maaaring sa ilang mga kaso ay 30% ng nauna, at ito ay sa pinakamahusay na kaso. Sa maraming biocenoses at food chain, ang halaga ng enerhiya na inilipat ay maaari lamang 1%.

Noong 1942, binuo ng American ecologist na si R. Lindeman batas ng pyramid of energies (batas ng 10 porsiyento) , ayon sa kung saan, sa karaniwan, humigit-kumulang 10% ng enerhiya na natanggap sa nakaraang antas ng ecological pyramid ay pumasa mula sa isang trophic level sa pamamagitan ng food chain patungo sa isa pang trophic level. Ang natitirang enerhiya ay nawala sa anyo ng thermal radiation, paggalaw, atbp. Bilang resulta ng mga metabolic process, ang mga organismo ay nawawalan ng halos 90% ng lahat ng enerhiya sa bawat link ng food chain, na ginugugol sa pagpapanatili ng kanilang mahahalagang function.

Kung ang isang liyebre ay kumain ng 10 kg ng halaman, kung gayon ang sariling timbang ay maaaring tumaas ng 1 kg. Ang isang fox o lobo, kumakain ng 1 kg ng karne ng liyebre, ay nagdaragdag ng masa nito ng 100 g lamang. Para sa mga damo at damong-dagat, ang halagang ito ay mas malaki, dahil wala silang mahirap-digest na mga tisyu. Gayunpaman, ang pangkalahatang pattern ng proseso ng paglipat ng enerhiya ay nananatili: sa pamamagitan ng itaas mga antas ng tropiko ito ay higit na mas mababa kaysa sa mga mas mababa.

Ito ang dahilan kung bakit ang mga food chain ay karaniwang hindi maaaring magkaroon ng higit sa 3-5 (bihirang 6) na mga link, at ang mga ecological pyramids ay hindi maaaring binubuo ng malaking dami mga sahig. Ang huling link ng food chain, tulad ng tuktok na palapag ng ecological pyramid, ay makakatanggap ng napakaliit na enerhiya na hindi ito magiging sapat kung ang bilang ng mga organismo ay tataas.

Ang pahayag na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagsubaybay kung saan ang enerhiya ng natupok na pagkain ay ginugol: bahagi nito ay napupunta sa pagtatayo ng mga bagong selula, i.e. paglago, bahagi ng enerhiya ng pagkain ay ginugugol sa metabolismo ng enerhiya o paghinga. Dahil ang pagkatunaw ng pagkain ay hindi maaaring kumpleto, i.e. 100%, pagkatapos ay bahagi ng hindi natutunaw na pagkain sa anyo ng dumi ay tinanggal mula sa katawan.

Isinasaalang-alang na ang enerhiya na ginugol sa paghinga ay hindi inililipat sa susunod na antas ng trophic at umalis sa ecosystem, nagiging malinaw kung bakit ang bawat kasunod na antas ay palaging mas mababa kaysa sa nauna.

Ito ang dahilan kung bakit bihira ang malalaking mandaragit na hayop. Samakatuwid, wala ring mga mandaragit na kumakain ng mga lobo. Sa kasong ito, hindi sila magkakaroon ng sapat na pagkain, dahil kakaunti ang bilang ng mga lobo.

Ang trophic na istraktura ng isang ecosystem ay ipinahayag sa mga kumplikadong relasyon sa pagkain sa pagitan ng mga bumubuo nitong species. Ang mga ekolohikal na pyramid ng mga numero, biomass at enerhiya, na inilalarawan sa anyo ng mga graphic na modelo, ay nagpapahayag ng dami ng mga ugnayan ng mga organismo na may iba't ibang paraan ng pagpapakain: mga producer, mga mamimili at mga decomposer.

Ang bawat ecosystem ay binubuo ng ilan trophic (pagkain) na antas, na bumubuo ng isang tiyak na istraktura. Istruktura ng tropiko karaniwang inilalarawan bilang ecological pyramid.

Noong 1927, iminungkahi ng American ecologist at zoologist na si Charles Elton ang isang graphical na modelo ecological pyramid. Ang base ng pyramid ay ang unang trophic level, na binubuo ng mga producer. Sa itaas ay ang mga antas ng mga mamimili ng iba't ibang mga order. Sa madaling salita, sa pagtingin sa ecological pyramid, nauunawaan natin kung paano nauugnay ang lahat ng miyembro nito sa ilang salik sa isang partikular na ecosystem.

Ang mga antas ay ipinapakita isang ecological pyramid sa anyo ng ilang mga hugis-parihaba o trapezoidal na tier, ang laki nito ay nauugnay alinman sa bilang ng mga kalahok sa bawat antas ng food chain, o sa kanilang masa, o sa enerhiya.

Tatlong uri ng ecological pyramids

1. Pyramid ng mga numero (o mga numero) nagsasabi sa atin ng bilang ng mga buhay na organismo sa bawat antas. Halimbawa, upang pakainin ang isang kuwago, 12 mice ang kailangan, at sila naman ay nangangailangan ng 300 tainga ng rye. Madalas mangyari yan ang pyramid ng mga numero ay baligtad (ang naturang pyramid ay tinatawag ding baligtad). Maaari itong ilarawan, sabihin, isang kadena ng pagkain sa kagubatan kung saan ang mga puno ang gumagawa at ang mga insekto ang pangunahing mamimili. Ang isang puno ay nagbibigay ng pagkain para sa libu-libong mga insekto.

2. Biomass pyramid naglalarawan ratio ng masa ng mga organismo ng ilan mga antas ng tropiko. Bilang isang patakaran, sa mga biocenoses sa lupa, ang masa ng mga producer ay mas malaki kaysa sa bawat kasunod na link ng food chain, at ang masa ng mga consumer ng unang antas ay lumampas sa masa ng mga consumer ng pangalawang antas, atbp.

Ang mga aquatic ecosystem ay maaari ding makilala sa pamamagitan ng inverted pyramids ng biomass, kung saan ang masa ng mga mamimili ay mas malaki kaysa sa masa ng mga producer. Ang Oceanic zooplankton na pagpapakain sa phytoplankton ay higit na lumampas dito sa kabuuang masa. Tila na may tulad na rate ng pagsipsip, ang phytoplankton ay dapat mawala, gayunpaman, ito ay nai-save sa pamamagitan ng isang mataas na rate ng paglago.

3. Pyramid ng Enerhiya naggalugad ang dami ng enerhiya na dumadaloy sa isang food chain mula sa base level hanggang sa pinakamataas na level. Ang istraktura ng biocenosis ay lubos na nakasalalay sa rate ng produksyon ng pagkain sa lahat ng antas ng tropiko. Natuklasan ng Amerikanong siyentipiko na si Raymond Lindeman na sa bawat antas hanggang sa 90% ng enerhiya na natanggap dito ay nawawala (ang tinatawag na "Batas ng 10%").

Bakit kailangan ang mga ecological pyramid?

Ang mga pyramid ng mga numero at biomass ay naglalarawan sa ecosystem sa mga estadistika nito, dahil kinakalkula nila ang bilang o masa ng mga kalahok sa ecosystem para sa isang nakapirming yugto ng panahon. Ang mga ito ay hindi nilayon upang magbigay ng impormasyon tungkol sa trophic na istraktura ng ecosystem sa dinamika, gayunpaman, pinapayagan nila ang paglutas ng mga problema na may kaugnayan sa pagpapanatili ng katatagan ng ecosystem at pag-asa sa mga posibleng panganib.

Ang isang klasikong halimbawa ng isang paglabag sa pagpapanatili ay ang pagpapakilala ng mga kuneho sa kontinente ng Australia. Dahil sa mataas na rate ng pagpaparami, ang kanilang bilang ay naging napakalaki na nagdulot ng pinsala agrikultura, inaalis ang mga tupa at baka ng pagkain - kaya isang species lamang Ang mga mamimili (rabbit) ay monopolyo ng prodyuser (damo) sa ecosystem na ito.

Pyramid ng Enerhiya, hindi tulad ng nabanggit na mga pyramids, ay dynamic, ito ay nagpapadala ng bilis ng pagpasa ng dami ng enerhiya sa lahat ng trophic na antas. Ang gawain nito ay magbigay ng ideya ng functional na organisasyon mga ekosistema.