30 Ecological pyramid, its types, the relationship with the state of ecosystems (Экологическая пирамида, ее типы, взаимосвязь с состоянием экосистем)

Экологическая пирамида – графическое изображение переходов вещества и энергии с одного трофического (пищевого) уровня на другой. Одна и та же пищевая цепь (например, мальчик – телята - люцерна) может быть описана разными видами экологических пирамид: 1) чисел (Ч.Элтон, 1927); 2) биомассы; 3) энергии. Для океана правило пирамиды биомасс недействительно, накапливание биомассы в океане происходит на высоких уровнях, у хищников. Пирамида имеет перевернутый (обращенный) вид. Если в экологической пирамиде энергии соблюдается закон (правило) 10%, то экосистема находится в ненарушенном, стабильном, устойчивом состоянии. В нестабильной, неустойчивой экосистеме этот закон нарушается на том уровне экологической пирамиды, который соответствует искажению передачи энергии.

Знание количественных показателей энергетики экосистем позволяет учесть возможность изъятия из нее определенного количества биомассы без ущерба для нее. На этом основаны такие виды антропогенной деятельности, как сенокошение, пастбищное животноводство, промышленное рыболовство, вырубка лесов, охота.

31 The productivity of ecosystems, ecological pyramid of productivity in terrestrial and aquatic ecosystems.(31 Производительность экосистем, экологическая пирамида продуктивности в наземных и водных экосистемах.)

Понятие «экосистема» было введено А.Тенсли в 1935 г, который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую их среду. Сегодня этот термин имеет несколько значений, в которых подчеркивается наличие взаимоотношений, взаимозависимости, причинно-следственных связей между биологическим сообществом и абиотической средой. Так, по современным представлениям, экосистема – это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество организмов и окружающей неживой среды. Биологи считают, что экосистема – совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории, вместе с окружающей их неживой средой. Экосистема рассматривается как основная структурная единица биосферы.

Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество. Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов – вторичной продукцией.

Все живые компоненты экосистемы – продуценты, консументы, редуценты составляют общую биомассу (живой вес). Биомассу обычно выражают через сухой или живой вес, но можно выражать и в энергетических единицах – калориях, джоулях.

Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;

2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;

3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.

Хорошее представление об энергетической производительности экосистем и ее состоянии дают экологические пирамиды. Экологическая пирамида – графическое изображение переходов вещества и энергии с одного трофического (пищевого) уровня на другой. Одна и та же пищевая цепь (например, мальчик – телята - люцерна) может быть описана разными видами экологических пирамид: 1) чисел (Ч.Элтон, 1927); 2) биомассы; 3) энергии. Для океана правило пирамиды биомасс недействительно, накапливание биомассы в океане происходит на высоких уровнях, у хищников. Пирамида имеет перевернутый (обращенный) вид. Если в экологической пирамиде энергии соблюдается закон (правило) 10%, то экосистема находится в ненарушенном, стабильном, устойчивом состоянии. В нестабильной, неустойчивой экосистеме этот закон нарушается на том уровне экологической пирамиды, который соответствует искажению передачи энергии.

В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников

для океана приведенное выше правило пирамиды биомасс недействительно — она имеет перевернутый (обращенный) вид. Для экосистемы океана характерна тенденция накапливания биомассы на высоких уровнях у хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их генераций мала, но у продуцентов — у фитопланктонных водорослей, оборачиваемость может в сотни раз превышать запас биомассы. Это значит, что их чистая продукция и здесь превышает продукцию, поглощенную консументами, т. е. через уровень продуцентов приходит больше энергии, чем через всех консументов.

Для большинства наземных экосистем (луг, поле и др.) суммарная биомасса каждого последующего трофического уровня пищевой цепи уменьшается.

Это создает пирамиду биомасс, где существенно преобладают продуценты, а над ними располагаются постепенно уменьшающиеся трофические уровни консументов, т.е. пирамида биомасс имеет правильную форму.

Например:

• в среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг тела растительноядных животных – консументов первого порядка (фитофагов). Плотоядные животные – консументы второго порядка, поедающие растительноядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы. А хищники – консументы третьего порядка, питающиеся плотоядными животными, синтезируют только 1 кг своей биомассы.

В водных экосистемах (озеро, пруд и др.) пирамида биомасс может быть перевернутой, где биомасса консументов преобладает над биомассой продуцентов.Это объясняется тем, что в водных экосистемах продуцентом является микроскопический фитопланктон, быстро растущий и размножающийся), который в достаточном количестве непрерывно поставляет живую пищу консументам, намного медленно растущим и размножающимся. Зоопланктон (или другие животные, питающиеся фитопланктоном) накапливают биомассу годами и десятилетиями, тогда как фитопланктон имеет крайне короткий период жизни (несколько дней или часов).