Екологични пирамиди и продуктивност на екосистемите
Прогресивното намаляване на асимилираната енергия в поредица от трофични нива е отразено в структурата на екологичните пирамиди
Екологичната пирамида е графично представяне на съотношението на трофичните нива в една екосистема, което се изразява в броя на индивидите, в количеството биомаса (общата маса на организмите) и в количеството енергия, съдържаща се в индивидите. Съответно има пирамиди на числата, пирамиди на биомаса и пирамиди на енергия. Всяко трофично ниво на пирамидата условно се изобразява като правоъгълник, чиято площ съответства на числената стойност на броя на индивидите или тяхната биомаса или енергия. Правоъгълниците имат еднаква височина, но различни дължини. Долният правоъгълник, най-големият по дължина и площ, съответства на първо трофично ниво - производители; следващият по-малък по площ правоъгълник отговаря на второто трофично ниво - първични консументи и т.н. Подреждайки тези правоъгълници в подчинена последователност, се получава съответната пирамида
Пирамидата на числата (или пирамидата на Елтън, кръстена на американския учен, който първи формулира принципа за изграждане на екологична пирамида) отразява намаляването на броя на организмите от производителите до потребителите.
Пирамидата на биомасата показва промяната в биомасата на всяко следващо трофично ниво: за сухоземните екосистеми пирамидата на биомасата се стеснява нагоре, за водните екосистеми, напротив, разширява се (обърната пирамида), което се свързва с бързата консумация на планктон от потребителите.
Енергийната пирамида е универсална и отразява намаляването на количеството енергия, съдържащо се в продуктите, създадени на всяко следващо трофично ниво.
Енергийните пирамиди са най-полезните от трите вида.екологични пирамиди. Те позволяват сравняване на различни биоценози и идентифициране на относителното значение на популациите в рамките на една и съща общност.
На фиг. Фигура 4 показва екологичните пирамиди, построени от американския екологЮ. Одум. Той разглежда като пример условна биоценоза, състояща се от едно момче (на 12 години), което яде само телешко през годината, и телета, които ядат изключително трева от люцерна.
Ориз. 4. Пирамиди от числа (a), биомаса (b) и енергия (c), представящи хранителната верига "люцерна - телета - момче"
Пирамидата на числата (a) показва, че ако момчето яде само телешко за една година, тогава за това ще му трябват 4,5 телета, а за да се хранят телетата, е необходимо да се засее поле в 4 хектара люцерна, което ще бъде 2 x 10 7 растения. В пирамидата на биомасата (b) броят на индивидите се заменя с тяхната биомаса. Енергийната пирамида (in) включва слънчева енергия. Люцерната използва 0,24% от слънчевата енергия. За натрупване на продукти от телетата през годината се изразходват 8% от енергията, натрупана от люцерната. През годината 0,7% от енергията, натрупана от телетата, се използва за развитието и растежа на детето. В резултат малко над една милионна част от слънчевата енергия, падаща върху поле от 4 хектара, се използва за изхранване на дете за една година.
Тъй като енергията се губи на всяко трофично ниво, най-ефективният начин хората да извличат енергия е да консумират растителна храна (вегетарианство), а най-скъпият е да ядат месоядни видове. И така, по отношение на енергията, изразходвана за растеж, 1 кг костур или щука струва на природата 7 пъти „по-скъпо“ от 1 кг говеждо месо. Следователно месоядните се отглеждат от хората в редки случаи, например в кожаотглеждане на кожи. Въпреки това, като се яде само растителна храна, трябва да се има предвид, че животинският протеин съдържа повече незаменими аминокиселини, а растителният протеин е по-трудно смилаем от животинския, поради необходимостта от предварително разрушаване на твърдите клетъчни стени.
Всяка екосистема има определена продуктивност.
Продуктивността или производството е общото количество биомаса, образувано за определен период от време, т.е. скоростта на образуване на биомаса (органична материя). Биомасата е маса от организми от определена група (производители, консументи, разлагащи) или общността като цяло. Биомасата се изразява в единици маса на дадено вещество или количество енергия, съдържащо се в тъканите на единица площ или обем местообитание - kg/ha, g/m 2, kJ/m 3 и др.
Правете разлика между първични и вторични продукти на общността.
Първично производство – биомаса, създадена за единица време от производителите. Дели се на бруто и нето.Брутното първично производство(обща асимилация) е общата биомаса, създадена от растенията чрез фотосинтеза. Част от него се изразходва за поддържане на живота на растенията - разходи за дишане (40 - 70%). Останалото енетна първична продукция(нетна асимилация), която се използва по-нататък от консуматори и разграждащи се или се натрупва в екосистемата.
Вторично производство – биомаса, създадена за единица време от потребителите. Определено количество органична материя е еквивалентно на определено количество енергия. Например 1 g сухо органично вещество от растение има средна енергийна стойност 19 kJ. Тъй като енергията се губи по време на прехода от едно трофично ниво към друго, производителността на всяко следващотрофично ниво винаги е по-малко от производителността на предишното трофично ниво средно 10 пъти.
Тропическите гори имат най-висока биомаса и производителност, докато пустините и тундрите са с най-ниски. Ако в една екосистема скоростта на растеж на растенията (формиране на първична продукция) е по-висока от скоростта на нейната обработка от консументи и разлагащи, това води до увеличаване на биомасата на производителите. Ако в същото време няма достатъчно бързо използване на продуктите от отпадъците във веригите на разлагане, тогава се натрупват мъртви органични вещества. Това води до образуване на торф на блата, образуване на гъста горска постеля и т.н. В стабилни екосистеми биомасата остава постоянна, тъй като почти цялата продукция се консумира в хранителните вериги.
Производителността е най-важното свойство на биосферата за човека, което зависи от продуктивността на нейните природни и антропогенни екологични системи. Благодарение на способността на екосистемата да произвежда биомаса, човек получава храната и много технически ресурси, от които се нуждае. Проблемът за осигуряване на числено растящото човечество с храна е по същество проблемът за повишаване на производителността на селското стопанство. Следователно познаването на законите на биологичната производителност и енергийните загуби е от голямо практическо значение, тъй като ви позволява съзнателно и компетентно да изграждате икономическа дейност по такъв начин, че да получите възможно най-голямото първично и вторично производство. Човешкото въздействие върху екологичните системи, свързано с тяхното унищожаване или замърсяване, води пряко до прекъсване на потока на енергия и материя, а оттам и до намаляване на производителността. Например, поради дим и намаляване на прозрачността на въздуха, може да се образува бариера между потока на слънчева енергия и производителите, които я възприемат. вредни вещества ватмосфера може да доведе до загиване на част от асимилационния апарат на растенията. Спирането на отпадъците и смъртта на разлагащите се в резултат на навлизането на токсични отпадъци в почвата ще прекъсне връщането на минералните компоненти към трофичните вериги. Следователно опазването на околната среда може да се разглежда и като система от мерки, насочени към предотвратяване на намаляването на продуктивността на биосферата.