Правила екологічної піраміди

Кож­на з ланок ланцюга живлення може використати лише 5-15 % енергії харчів для побудови речовини свого ті­ла. Внаслідок неминучої втрати енергії кількість утво­рюваної органічної речовини в кожній наступній ланці зменшується. Таким чином, кожен ланцюг споживання містить, як правило, не більше 4-5 ланок, тому що вна­слідок втрати енергії загальна біомаса кожної наступ­ної ланки приблизно в 10 разів менша за попередню. Ця закономірність називається законом (правилом) екологічної піра­міди.

Екологічна піраміда буває трьох типів (Рис.6.):

1) піраміда чисел - показує чисельність окремих організмів на кож­ному рівні, причому загальне число особин, що беруть участь у ланцюгах живлення, з кожною ланкою зменшу­ється;

2) піраміда біомаси - кількісне співвідношення органічної речовини; при цьому сумарна маса рослин виявляється більшою, ніж біомаса всіх травоїдних організмів, маса яких, у свою чергу, перевищує масу всіх хижаків;

3) піраміда енергії (продукції) - кількість енер­гії в харчах кожного рівня, причому на кожному наступному трофічному рівні кількість біомаси, що утворюєть­ся за одиницю часу, більша, ніж на наступному.

Основа в пірамідах чисел і біомаси може бути менша, ніж наступні рівні (залежно від співвідношення розмі­рів продуцентів і консументів). Піраміда енергії завжди звужується до верху [1].

Рис.6. Екологічні піраміди: А – піраміда чисел; Б – біомаси; В – енергії.[1]

Усі три правила пірамід - продукції, біомаси і чи­сел - виражають у підсумку енергетичне відношення в екосистемах. Перші два правила виявляються в угрупо­ваннях із певною трофічною структурою, останнє (піра­міда продукції) має універсальний характер.

Знання законів продуктивності екосистем і кількіс­ний облік потоку енергії мають велике практичне значен­ня:

По-перше, первинна продукція агроценозів і природ­них угруповань - основне джерело харчування для людства;

По-друге, одержана за рахунок сільськогоспо­дарських тварин вторинна продукція не менш важлива, тому що містить тваринні білки.

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю.

Уміння точно розрахувати потік енергії і масштаби продукції екосистем дозволяє одержати найбільший ви­хід продукції, необхідної людині.

Система зв’язків у біосфері надзвичайно складна і поки що розшифрована тільки в загальних рисах. Найголовнішою ланкою управління є енергія, це перш за все енергія Сонця, потім енергія тепла Землі та енергія радіоактивного розпаду елементів. Неживою частиною біосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи, але діяльність їх визначається зворотними зв’язками, що йдуть від продуцентів. В результаті здійснюється біотичний колообіг речовин у біосфері приблизно за такою схемою: продуценти споживають енергію, воду, СО2, мінеральні солі і виробляють органічну речовину; консументи 1-го порядку живляться продуцентами, консументи 2-го та 3-го порядків живляться іншими консументами; редуценти споживають частину поживних речовин, розкладають мертві тіла продуцентів і консументів до простих хімічних сполук: води, СО2, мінеральних солей, замикаючи колообіг речовин у біосфері [7].

Чудовою схемою, що дозволяє описувати потік енергії через трофічний рівень, є «квадрат Одума» (рис. 7.). Юджин Одум запропонував наочну схему, яка показує потік енергії, що тече через окремий організм, популяцію або трофічний рівень. На цій схемі видно, на які «рукави» розтікається потік енергії, протікаючи через біосистеми.

Рис.7. Розподіл потоків енергії через організм, популяцію або трофічний рівень

Як видно за схемою, можна виділити дві різні заходи продукції: валову продукцію (без урахування витрат на дихання) і чисту продукцію.«Квадрат Одума» дозволяє легко переконатися, що A = R + P; P = G + S + E і т.д.

Можна виділити такі заходи ефективності споживання і переробки енергії:

· ефективність експлуатації E1 = I експлуататора / P жертви;

· ефективність асиміляції E2 = A / I;

· ефективність чистої продукції E3 = P / A;

· ефективність загальної продукції E4 = P / I = E2 × E3;

· екологічна ефективність E5 = P експлуататора / P жертви = E1 × E2 × E3.

Образно кажучи, чим більш просту задачу перетворення енергії виконують організми, тим менші втрати вони несуть. Так, м'ясоїдні тварини вирішують порівняно нескладну задачу: вони отримують енергію у високоякісній їжі, яку щодо «неважко» переробити і побудувати з неї власне тіло. А найскладніше - завдання, яке вирішують фотосинтетичні організми, які використовують як джерело енергії світло.

Наприклад, значна частина світла, що падає на рослини, відбивається від них або поглинається грунтом. Велика частина поглиненої рослинами енергії так і залишається невикористаною. У сприятливих умовах рослини здатні асимілювати (спожити) близько 1% від падаючої сонячної енергії, в чисту продукцію переходить лише близько 0,5% (тобто A = 1%, P = 0,5%). В середньому для біосфери ці показники ще гірши: споживається рослинами близько 0,2% сонячної енергії, а в чисту продукцію переходить лише близько 0,1%. Втім, і ці кількості енергії є дуже великими за людськими масштабами.

Ефективність харчування тварин сильно залежить від характеру їхньої їжі. Ефективність асиміляції (відношення A до I) у м'ясоїдних тварин змінюється від 60% (у комахоїдних) до 90% (у м'ясо-і рибоядних). У рослиноїдних тварин ефективність асиміляції становить 80% у семеноядних; 60% - у поїдають молоде листя; 30-40% - що харчуються старим листям, 10-20% і навіть менше - у пожирачів деревини [10].

Подальші втрати енергії дуже залежать від інтенсивності обміну речовин. Наприклад, дрібні птахи витрачають з диханням більше 99% асимільованої енергії, і в чисту продукцію у них переходить менше 1% тієї енергії, яку вони змогли спожити! У дрібних ссавців цей показник становить 6%, у домашнього рогатої худоби - 11%, у свиней - 20%, а у деяких пойкілотермних тварин, особливо великих риб і рептилій, сягає 75%!

Порівняйте: синиця, склював 1 кг комах, додасть у вазі менше 6 г, а удав, який з'їв кілограмову морську свинку, додасть більше 660 г власної ваги! Для того, щоб провести ці обчислення, ми прирівняли кількість енергії, що припадає на одиницю ваги комах, синиць, морських свинок і удавів (це допустиме наближення). В обох випадках нам потрібно оцінити, які втрати пов'язані з асиміляцією і чистою продукцією. У першому випадку ми використовували наведене вище значення ефективності асиміляції, характерне для комахоїдних тварин, а також значення ефективності чистої продукції для дрібних птахів (1000 × 0,6 × 0,01 = 6), а в другому - відповідні показники для м'ясоїдів і великих рептилій (1000 × 0,9 × 0,75 = 675) [6].

Висновки

Отже, можна дійти такого висновку, що головну роль потоку все-таки займають продуценти. Оскільки саме з них починає рухатись енергія.

Із енергетикою обміну речовин пов'язані плодовитість, тривалість життя, розмір тіла, раціон і рух популяцій. Для підтримки свого існування крупним тваринам потрібна більша кількість речовин та енергії, ніж дрібнішим, а щоб одержати цю кількість, вони вимушені переміщатися ширшими просторами, ніж тварини невеликих розмірів, які споживають подібний корм. Оскільки корм травоїдних тварин є звичайно в надлишку, вони не займають великих територій

Образно кажучи, чим більш просту задачу перетворення енергії виконують організми, тим менші втрати вони несуть. Так, м'ясоїдні тварини вирішують порівняно нескладну задачу: вони отримують енергію у високоякісній їжі, яку не досить «неважко» переробити і побудувати з неї власне тіло. А найскладніше - завдання, яке вирішують фотосинтетичні організми, які використовують як джерело енергії світло, оскыльки значна частина світла, що падає на рослини, відбивається від них або поглинається грунтом.

Найвищий потік енергії серед тварин усього світу зафіксовано у цикадки Prokelesia (Homoptera) із прибережних боліт Джорджії (США) – 275 ккал/м кв/рік.

 

Список використаних джерел