Что показывает пирамида биомассы

Принцип построения экологических пирамид

Экологические пирамиды

План:

Экологические пирамиды биомассы и численности.

Принцип построения экологической пирамиды.

Перевёрнутые пирамиды.

Экологические пирамиды биомассы и численности

Эко­ло­ги­че­ские пи­ра­ми­ды — это гра­фи­че­ские мо­де­ли, отража­ю­щие число осо­бей (пи­ра­ми­да чисел), ко­ли­че­ство их био­мас­сы (пи­ра­ми­да био­масс) или за­клю­чён­ной в них энер­гии (пи­ра­ми­да энер­гии) на каж­дом тро­фи­че­ском уров­не и ука­зы­ва­ю­щие на по­ни­же­ние всех по­ка­за­те­лей с повыше­ни­ем трофи­че­ско­го уров­ня.

Различают три типа экологических пирамид: энергии, биомассы и численности.

Соотношение живого вещества на разных уровнях подчиняется в целом тому же правилу, что и соотношение поступающей энергии: чем выше уровень, тем ниже общая биомасса и численность составляющих её организмов.

Основание пирамиды образуют продуценты (растения).

Над ними располагаются консументы первого порядка (травоядные).

Следующий уровень представляют консументы второго порядка (хищники).

И так далее до вершины пирамиды, которую занимают наиболее крупные хищники. Высота пирамиды обычно соответствует длине пищевой цепи.

Пирамида биомасс показывает соотношение биомасс организмов разных трофических уровней, изображённых графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определённому трофическому уровню, пропорциональна его биомассе.

В любой трофической цепи не вся пища используется на рост особи, т. е. на формирование биомассы (часть её расходуется на удовлетворение энергетических затрат организмов: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д.). Следовательно, в каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы.

Правило экологической пирамиды биомасс отражает закономерность, согласно которой в любой экосистеме биомасса каждого следующего звена в 10 раз меньше предыдущего.

Пирамида численности, или чисел — отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы.

Пирамиды чисел отражают только плотность населения организмов на каждом трофическом уровне, но не скорость самовозобновления (оборота) организмов.

Принцип построения экологических пирамид

Первое звено всякой цепи питания – превращение в процессе фотосинтеза световой энергии в химическую и образование органических веществ. При этом лишь 3 % световой энергии, попадающей на растение, переходит в потенциальную энергию органических веществ; остальная рассеивается в виде тепла. Каждое из последующих звеньев способно использовать лишь 5-12% энергии корма и превратить ее во вновь построенное вещество своего тела. Остальная энергия или превращается в тепло и рассеивается, или (чаще всего) просто не усваивается. В среднем коэффициент полезного действия каждого звена цепи не превышает 10%, что неизбежно ведет к уменьшению количества образующегося органического вещества на каждом последующем пищевом уровне. Поэтому типичная цепь питания состоит не более чем из четырех – шести взаимно связанных пищевых уровней.

Например, для образования 1 кг массы дельфина нужно около 10 кг съеденной рыбы, а этим 10 кг нужно 100 кг корма – водных позвоночных, которым, в свою очередь для образования такой массы необходимо съесть 1000 кг водорослей и бактерий. Если в соответствующем масштабе изобразить эти величины в порядке их зависимости, то действительно образуется своеобразная пирамида.

Пример:

Экологи подсчитали, что для того, чтобы прокормить в течении года мальчика весом в 45 кг. достаточно четырех с половиной телят общим весом в 1035 кг., а для них – 20 млн.растений люцерны с биомассой 8,2 тонн.

Используя данные примера, можно построить пирамиду биомассы, в которой учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня.

Пирамида биомассы в случае цепи хищников имеет обычно форму треугольника с вершиной, обращенной вверх – устойчивая пирамида с широким основанием.

Для океана, как правило, такая закономерность не характерна. Только во время весны биомасса фитопланктона превышает биомассу зоопланктона. Другие же периоды действует обратное соотношение, на высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы.

Источник

Экологические пирамиды: численности, биомассы, энергии.

Различают три способа составления экологических пирамид:

1. Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофических уровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровней сильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженные представления об истинных соотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консументов могут питаться органами одного дерева — продуцента.

2. Пирамида биомасс показывает количество живого вещества, или биомассы, на каждом трофическом уровне. В большинстве наземных экосистем биомасса продуцентов, т. е. суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого последующего трофического уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомасса консументов I порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью размножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеет обратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

3. Пирамида энергии отражает величину потока энергии в цепи питания. На форму этой пирамиды не влияют размеры особей, и она всегда будет иметь треугольную форму с широким основанием внизу, как это диктуется вторым законом термодинамики. Поэтому пирамида энергии дает наиболее полное и точное представление о функциональной организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии —динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3—5 звеньев (трофических уровней).

Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение, поскольку продукция природных и искусственных сообществ (агроиенозов) является основным источником запасов пищи для человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.

Сукцессии и их виды.

Процесс, при котором сообщества видов растений и животных замещаются с течением времени другими, обычно более сложными сообществами, называется экологической сукцессией, или просто сукцессией.

Экологическая сукцессия обычно продолжается до тех пор, пока сообщество не станет стабильным и самообеспечивающимся. Экологи выделяют два вида экологических сукцессии: первичные и вторичные.

1-й этап – возникновение места, лишённого жизни;

2-ой этап – расселение на этом месте первых растительных, животных организмов;

3-ий этап – приживание организмов;

4-ый этап – конкуренция и вытеснение видов;

5-ый этап – преобразование организмами места обитания, постепенная стабилизация условий и отношений.

Широко известным примером первичной сукцессии является заселение застывшей лавыпосле извержения вулкана или склона после схода лавины, уничтожившей весь профиль почвы, участки открытой добычи полезных ископаемых, с которых снят верхний слой почвы и т.п. На таких бесплодных участках первичная сукцессия от голой скальной породы до зрелого леса может занять от сотен до тысяч лет.

Стабильная стадия сукцессии, когда сообщество (биоценоз) сформировалось полностью и находится в равновесии с окружающей средой называется климакс. Климаксное сообщество способно к саморегуляции и может долго находиться в равновесном состоянии.

Таким образом происходит сукцессия, при которой вначале березовый, затем смешанный елово-березовый лес сменяется чистым ельником. Естественный процесс смены березняка ельником длится более 100 лет. Именно поэтому иногда процесс сукцессии называют вековой сменой.

18. Функции живого вещества в биосфере. Живое вещество –это совокупность живых организмов (биомассы Земли). Представляет собой открытую систему для которой характерны рост, размножение, распространение, обмен веществ и энергией с внешней средой, накопление энергии и передача её в цепях питания. Живое вещество выполняет 5 функций :

1. Энергетическая (способность поглощать солнечную энергию, превращать её в энергию химических связей и передавать по пищевым цепям)

2. Газовая (способность поддерживать постоянство газового состава биосферы в результате сбалансированности дыхания и фотосинтеза)

3. Концентрационная ( способность живых организмов накапливать в своём теле определённые элементы окружающей среды, благодаря чему произошло перераспределение элементов и образование полезных ископаемых)

4. Окислительно-восстановительная (способность изменять степень окисления элементов и создавать разнообразие соединений в природе для поддержания разнообразия жизни)

5. Деструктивная ( способность разлагать отмершее органическое вещество, благодаря чему осуществляется круговорот веществ)

Выполняя перечисленные функции, живое вещество адаптируется к окружающей среде и приспосабливает её к своим биологическим (а если речь идёт о человеке, то и социальным) потребностям. При этом живое вещество и среда его обитания развиваются как единое целое, однако контроль над состоянием среды осуществляют живые организмы.

Источник

История и описание

В 1927 году концепция экологической пирамиды была впервые предложена английским экологом Чарльзом Элтоном (1900−1991) (поэтому она также известна как элтонская пирамида). Экологическая пирамида — это графическое изображение треугольной формы, которое показывает количество организмов, биомассы и заключённой в них энергии на каждом трофическом уровне в экосистеме и их биологическую продуктивность. Она состоит из ряда горизонтальных полос, изображающих определённые ранги. Длина каждого столбца представляет общее количество особей, или биомассы, или энергии на каждом уровне в экосистеме.

Все организмы в биологии классифицируются на основе различных факторов окружающей среды, таких как образ жизни в определённой экосистеме (что едят и как получают энергию):

Экологическая эффективность

Экологическая эффективность — это эффективность, с которой энергия передаётся с одного трофического уровня на другой.

Количество трофических уровней в пастбищной пищевой цепи ограничено, поскольку передача энергии осуществляется по закону десяти процентов. Это означает, что только 10% энергии передаётся на каждый трофический уровень с нижестоящего.

Уменьшение на каждом последующем уровне обусловлено двумя причинами:

Виды экологических пирамид

Подобные пирамиды представляют трофическую структуру, а также трофическую функцию экосистемы. Они могут быть следующих трёх видов:

В целом, все они являются вертикальными, за исключением некоторых случаев. Например, в пищевой сети детрита (остатки органических веществ, перегной, которые образуются при переработке мёртвых растений и животных бактериями и простейшими) пирамида чисел не является вертикальной, потому что многие организмы питаются мёртвыми растениями или животными. Перевёрнутой экологической пирамидой также является пирамида биомассы в океане. Но следует отметить, что пирамида энергии находится исключительно в вертикальном положении, поскольку поток энергии является однонаправленным.

Численность особей

Пирамида чисел графически представляет общее количество особей, присутствующее на каждом уровне. Этот вид может иметь две разные формы в зависимости от количества организмов: прямую и перевёрнутую.

В вертикальной числовой пирамиде количественное соотношение организмов обычно уменьшается снизу вверх. Это обычно происходит в экосистемах лугов и прудов, где растения (например, травы) занимают основание пирамиды. Последующие уровни включают потребителей.

Перевёрнутая пирамида чисел, с другой стороны, является противоположностью первой. Это обычно наблюдается в экосистемах леса с деревьями в качестве производителей и насекомых в качестве потребителей.

Среди трёх видов она наименее точна, поскольку не учитывает конкретное количество населения и, следовательно, не может полностью определить трофическую структуру в этой экосистеме. Она игнорирует биомассу организмов, а также не указывает на передаваемую энергию или использование её участвующими группами.

Вертикальная пирамида чисел на примере экосистемы пруда и луга кратко описывается следующим образом:

С каждым более высоким уровнем количество индивидуумов уменьшается.

При необходимости определить, какую массу растений сохранит от поедания гусеницами пара синиц при выкармливании 5 птенцов, если вес одного птенца 3 грамма, следует для начала составить цепь питания. Выглядеть она будет так: растения — гусеницы — синицы

Правило экологической пирамиды показывает, что на каждом предыдущем уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени больше, чем на последующем

в 10 раз. Следовательно, соотношение будет следующим: растения 1500 г — гусеницы 150 г — синицы 15 г. Таким образом, пара синиц, выкармливая своих птенцов, сохраняет 1,5 кг растений.

Масса живых организмов

Пирамида биомассы определяется как количество доступной пищи и сколько энергии передаётся на единицу площади продукта живого вещества, присутствующего в организме, и общее количество организмов, находящихся на определённой ступени. В менее сложных терминах это относится к пище, доступной для последующего уровня.

Большая часть биомассы, которую потребляют животные, используется для обеспечения энергии, превращается в новые ткани или просто остаётся непереваренной. Основную часть времени данный вид имеет истинную пирамидальную форму, причём биомасса на нижних уровнях выше уровней над ними.

Как и предыдущий вид, пирамида биомассы может иметь две формы: прямую и перевёрнутую. Обычно наземные экосистемы характеризуются вертикальной формой, имеющей большую базу (первичные продуценты) с меньшими уровнями (потребители), расположенными наверху.

С другой стороны, водные экосистемы являются полной противоположностью, поскольку они принимают перевёрнутую структуру. Это связано с тем, что производители фитопланктона (как правило, с меньшей биомассой) расположены у основания, а потребители, имеющие большую биомассу, расположены у вершины.

Биомасса также используется в качестве источника возобновляемой энергии при замене ископаемого топлива. Эта альтернатива существенно помогла в улучшении климатических условий планеты. Благодаря использованию биомассы в качестве топлива можно получить широкий спектр преимуществ, которые включают сокращение отходов и низкие затраты.

Основными характеристиками пирамиды биомассы являются:

Энергия и её передача

Последний, но не менее важный вид, это энергетическая пирамида, которая показывает общую энергию в экосистеме и сколько её требуется организмам, когда они поднимаются на более высокие уровни.

Структура потока энергии в пирамиде этого вида основана на принципах термодинамики. Этот закон конкретно говорит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она только превращается в другую форму.

Её задача — показать, что энергия переносится с более низких уровней с большим количеством энергии (производители) на более высокие (потребители) и преобразуется в биомассу.

Следовательно, можно сделать вывод, что организмы, обнаруженные на самых высоких уровнях более коротких пищевых цепей, несут большее количество энергии, чем те, которые обнаруживаются в более длинных.

В отличие от первых двух видов, энергетическая пирамида всегда изображена в вертикальном положении с самыми большими энергоносителями в основании. Её идея очень важна в контексте биологического увеличения, которое определяется как тенденция увеличения количества токсичных веществ по мере продвижения вверх по уровням.

Когда производство рассматривается с точки зрения энергии, пирамида указывает не только количество потока энергии на каждом уровне, но и, что более важно, фактическую роль, которую различные организмы играют в передаче энергии. Она также показывает, сколько энергии нужно, когда она течёт вверх, чтобы поддерживать следующий уровень.

Она строится в соответствии со скоростью, с которой пищевой материал проходит через пищевую цепь. Некоторые организмы могут иметь небольшую биомассу, но общая энергия, которую они ассимилируют и передают, может быть значительно больше, чем у организмов с гораздо большей биомассой.

Примером экологической пирамиды биомассы может служить следующее описание:

Концепция энергетической пирамиды помогает объяснить феномен биологического увеличения — склонность токсических веществ к постепенному увеличению концентрации с более высокими уровнями.

Некоторые ограничения

Хотя все три вида очень специфичны для аспекта экосистемы, которую они хотят описать, все они всё ещё имеют тенденцию не замечать важные аспекты. Некоторые из этих ограничений следующие:

Более того, сапрофитам (растениям, грибам или микроорганизмам, живущим на разлагающихся веществах) не отводится места в пирамидах, даже если они играют жизненно важную роль в экосистеме.

Источник

Экологические исследования — экологическая пирамида

Пирамида из биомассы

Как следует из названия, пирамиды биомассы показывают количество биомассы (живого или органического вещества, присутствующего в организме) на единицу площади на каждом трофическом уровне. Это нарисовано с производителями в основании и главными плотоядными животными в наконечнике.

Пирамида биомассы обычно определяется путем сбора всех организмов, занимающих каждый трофический уровень отдельно, и измерения их сухого веса. Каждый трофический уровень имеет определенную массу живого материала в определенное время, называемое стоячей культурой, которая измеряется как масса живых организмов (биомасса) или количество в единице площади.

Вертикальная пирамида из биомассы

Экосистемы, встречающиеся на суше, в основном имеют пирамиды из биомассы с большой базой первичных продуцентов с меньшим трофическим уровнем, расположенным сверху, и, следовательно, вертикальной пирамидой биомассы.

Биомасса автотрофов или продуцентов максимальна. Биомасса следующего трофического уровня, т.е. первичных потребителей, меньше, чем производителей. Аналогично, другие потребители, такие как вторичные и третичные потребители, сравнительно меньше, чем его более низкий уровень соответственно. У вершины пирамиды очень мало биомассы.

Перевернутая пирамида биомассы

С другой стороны, в большинстве водных экосистем встречается обратная пирамидальная структура. Здесь пирамида биомассы может принимать перевернутый рисунок. Тем не менее, пирамида чисел для водной экосистемы является вертикальной.

В водоеме продуцентами являются крошечные фитопланктоны, которые быстро растут и размножаются. В этих условиях пирамида из биомассы имеет небольшую основу, а биомасса-производитель у основания обеспечивает поддержку потребителю биомассы большого веса. Следовательно, он принимает перевернутую форму.

Пирамида чисел

Это графическое представление числа особей на единицу площади различных трофических уровней. Большое количество производителей имеет тенденцию формировать основу, тогда как меньшее количество высших хищников или хищников занимают верхушку. Форма числовой пирамиды варьируется от экосистемы к экосистеме.

Например, в водной экосистеме или пастбищных угодьях автотрофы или производители присутствуют в большом количестве на единицу площади. Производители поддерживают меньшее количество травоядных, что, в свою очередь, поддерживает меньшее количество плотоядных.

Вертикальная Пирамида Чисел

В вертикальной пирамиде чисел число индивидуумов уменьшается от более низкого уровня к более высокому уровню. Этот тип пирамиды обычно встречается в экосистеме пастбищ и экосистеме пруда. Трава в луговой экосистеме занимает низший трофический уровень из-за ее обилия.

Далее идут основные производители — травоядные (например, кузнечик). Численность кузнечиков значительно меньше, чем травяных. Затем существуют первичные плотоядные животные, например, крыса, чье количество намного меньше, чем кузнечиков. Следующий трофический уровень — это вторичные потребители, такие как змеи, которые питаются крысами. Затем, есть лучшие плотоядные животные, такие как ястребы, которые едят змей, и их число меньше, чем змей.

Количество видов уменьшается к более высоким уровням в этой пирамидальной структуре.

Перевернутая пирамида чисел

Здесь число особей возрастает от нижнего уровня до более высокого трофического уровня. Например, древовидная экосистема.

Пирамида Энергии

Это графическая структура, представляющая поток энергии через каждый трофический уровень пищевой цепи над фиксированной частью природной среды. Энергетическая пирамида представляет количество энергии на каждом трофическом уровне, а потеря энергии на каждом переносится на другой трофический уровень.

Энергетическая пирамида, которую иногда называют трофической пирамидой или экологической пирамидой, полезна для количественной оценки передачи энергии от одного организма к другому по пищевой цепи.

Энергия уменьшается по мере продвижения через трофические уровни от дна к вершине пирамиды. Таким образом, энергетическая пирамида всегда направлена ​​вверх.

Источник