Енергиен поток в екосистемите

Потокът на енергия в една екосистема (според Ф. Рамад, 1981)

За разлика от веществата, които непрекъснато циркулират през различни блокове на екосистемата, които винаги могат да се използват повторно, влизат в цикъла, енергията може да се използва само веднъж, т.е. има линеен поток на енергия през екосистемата. Едностранният приток на енергия като универсален феномен на природата възниква в резултат на законите на термодинамиката. Първият закон гласи, че енергията може да преминава от една форма (като светлина) в друга (като потенциалната енергия на храната), но не може да бъде създадена или унищожена. Вторият закон гласи, че не може да има процес, свързан с трансформацията на енергия, без загуба на част от нея. Определено количество енергия при такива трансформации се разсейва в недостъпна топлинна енергия и следователно се губи. Следователно не може да има трансформации, например, на хранителни вещества в веществото, което изгражда тялото на един организъм, да става със 100 процента ефективност. По този начин живите организми са преобразуватели на енергия. И всеки път, когато енергията се преобразува, част от нея се губи като топлина. В крайна сметка цялата енергия, постъпваща в биотичния цикъл на екосистемата, се разсейва под формата на топлина. Живите организми всъщност не използват топлината като източник на енергия, за да извършват работа - те използват светлина и химическа енергия.

Хранителни вериги, мрежи

Хранителни вериги и мрежи, трофични нива. В рамките на една екосистема веществата, съдържащи енергия, се създават от автотрофни организми и служат за храна на хетеротрофите. Хранителните връзки са механизми за пренос на енергия от един организъм към друг. Типичен пример е, че животно яде растения. Това животно, вна свой ред, може да се яде от други животни. По този начин може да се пренася енергия през редица организми - всеки следващ се храни с предишния, доставяйки му суровини и енергия.

Биотична циркулация на веществата: хранителна верига (по A. G. Bannikov et al., 1985)

Тази последователност на пренос на енергия се нарича хранителна (трофична) верига или хранителна верига. Мястото на всяко звено в хранителната верига е трофично ниво. Първото трофично ниво, както беше отбелязано по-рано, е заето от автотрофи или така наречените първични производители. Организмите от второ трофично ниво се наричат първични консументи, от третото - вторични консументи и т.н. Обикновено се разграничават три вида хранителни вериги. Хранителната верига на хищниците започва с растенията и се движи от малки организми към организми с все по-големи размери. На сушата хранителните вериги се състоят от три до четири звена. Една от най-простите хранителни вериги изглежда така (виж фиг. 12.5): растение - заек - вълк производител - тревопасно животно - месоядно Следните хранителни вериги също са широко разпространени: растителен материал (например нектар) - муха - паяк - бухал. сок от розов храст - листна въшка - калинка (разпад) - паяк - насекомоядна птица - граблива птица.

Екологична пирамида - графично представяне на връзката между производители и консументи от всички нива (тревопасни животни, хищници; видове, които се хранят с други хищници) в екосистемата.

Американският зоолог Чарлз Елтън предложи през 1927 г. да се изобразят схематично тези взаимоотношения.

В схематично представяне всяко ниво е показано като правоъгълник, дължината или площта на който съответства на числените стойности на връзката на хранителната верига (пирамидата на Елтън), тяхната маса или енергия. намиращ се вопределена последователност от правоъгълници създават пирамиди с различни форми.

Основата на пирамидата е първото трофично ниво - нивото на производителите, следващите етажи на пирамидата се формират от следващите нива на хранителната верига - консументи от различни разряди. Височината на всички блокове в пирамидата е еднаква, а дължината е пропорционална на броя, биомасата или енергията на съответното ниво.

Екологичните пирамиди се разграничават в зависимост от показателите, на базата на които се изгражда пирамидата. В същото време за всички пирамиди се установява основното правило, според което във всяка екосистема има повече растения, отколкото животни, тревопасни, отколкото месоядни, насекоми, отколкото птици.

Въз основа на правилото на екологичната пирамида е възможно да се определят или изчисляват количествените съотношения на различни растителни и животински видове в естествени и изкуствено създадени екологични системи. Например, 1 кг от масата на морско животно (тюлен, делфин) се нуждае от 10 кг изядена риба, а тези 10 кг вече се нуждаят от 100 кг от храната си - водни безгръбначни, които от своя страна трябва да изядат 1000 кг водорасли и бактерии, за да образуват такава маса. В този случай екологичната пирамида ще бъде стабилна.

Видове екологични пирамиди

1.числови пирамиди- на всяко ниво се нанася броя на отделните организми

Пирамидата от числа отразява ясен модел, открит от Елтън: броят на индивидите, които съставят последователна поредица от връзки от производители към потребители, непрекъснато намалява.

2.пирамиди на биомаса- характеризира общата суха или влажна маса на организмите на дадено трофично ниво, например в единици маса на единица площ - g / m 2, kg / ha, t / km 2 или за обем - g / m 3

Пирамидите от числа и биомаса отразяват статиката на системата, т.е.д. характеризират броя или биомасата на организмите за определен период от време. Те не дават пълна информация за трофичната структура на екосистемата, но позволяват решаването на редица практически проблеми, особено тези, свързани с поддържането на стабилността на екосистемите.

Числената пирамида позволява например да се изчисли допустимата стойност на улов на риба или отстрел на животни по време на периода на лов без последствия за нормалното им възпроизводство.

3.пирамиди на енергията- показва количеството енергиен поток или производителността на последователни нива

Енергийните пирамиди позволяват сравнение на енергийното значение на популациите в една екосистема и илюстрират количествените връзки в отделните части на екосистемата от особен интерес, като връзките плячка-хищник или гостоприемник-паразит.