Экологические пирамиды

Если количество энергии, продукции, биомасс или численности организмов на каждом трофическом уровне изображать в виде прямоугольников в одном и том же масштабе, то их

распределение будет иметь вид пирамид.

Правило пирамид энергии можно сформулировать следующим образом: количество энергии, содержащейся в организмах на любом последующем трофическом уровне цепи

питания, меньше ее значений на предыдущем уровне.

Пирамиды количества продукции в единицу времени сходны с пирамидами энергии и подчиняются правилу, гласящему, что на каждом последующем уровне количество вторичной продукции меньше, чем на предыдущем. Более того, суммарное количество продукции (также как и содержащейся в ней энергии), образующееся на разных трофических уровнях, меньше первичной продукции.

Пирамиды биомасс тоже сходны с пирамидами энергии, но только для сухопутных экосистем. Для водных экосистем пирамида биомасс как бы перевернута, то есть биомасса животных, употребляющих растительную пищу, больше биомассы растительноядных организмов. Причиной этого являются резкие различия продолжительности жизни организмов разных уровней.

Первый уровень - продуценты - фитопланктон - организмы живущие несколько дней Второй уровень - консументы I порядка - долго живущие организмы.

Пирамида чисел свидетельствует о том, что количество организмов уменьшается также от основания к вершине (от первого уровня к последнему). Но это правило не абсолютно и применимо в основном к цепям питания, не содержащим редуцентов.

Правило десяти процентов

Основная часть энергии, усвоенной консументом с пищей, расходуется на его жизнеобеспечение (движение, поддержание температуры тела и т.п.). Эту часть энергии рассматривают как трату на дыхание. Часть энергии переходит в тело организма, увеличивая его массу. Некоторая доля пищи не усваивается организмом, а следовательно, лз нее не высвобождается энергия. В последующем она высвобождается из экскрементов, но другими организмами, которые употребляют их в пищу. Трата на дыхание в сумме с энергией неусвоенной пищи составляет примерно 90 % . Поэтому переход энергии с одного трофического уровня на другой составляет около 10 % от энергии, потребленной с пищей. Эта закономерность называется правилом десяти процентов. Данное правило сформулировал в 1942 году Р.Линдеман, поэтому оно известно также как правило (закон) Линдемана или закон пирамиды энергии. Из данного правила следует, что цепь питания имеет ограниченное число уровней, обычно не более 4-6. Пройдя через них, практически вся энергия остается рассеянной.

Правило биологического усиления ~ '

Вместе с полезными веществами с одного трофического уровня на другой поступают и вредные вещества. Однако если полезное вещество при его излишке легко выводится из организма, то вредное не только плохо выводится, но и накапливается в пищевой цепи. Такой

закон природы, называемый правилом накопления токсических веществ (биотического усиления) в пищевой цепи, справедлив для всех биогеоценозов.

Если энергия при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных примерно в такой же пропорции увеличивается, что впервые было обнаружено в 50-х годах XX в. на одном из заводов комиссией по атомной энергии в штате Вашингтон. Явление биотического накопления нагляднее всего демонстриуют устойчивые радионуклиды и пестициды. В водных биогеоценозах накопление многих токсичных веществ, в том числе хлорорганических пестицидов, коррелируется массой липидов, то есть имеет энергетическую основу.

В середине 60-х годов появилось сообщение о том, что

Пестицид дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) обнаружен в печени пингвинов в Антарктиде - месте, чрезвычайно удаленном от районов его возможного применения. От отравления ДДТ сильно страдают конечные хищники, особенно птицы. Так, на востоке США полностью исчез сапсан.

Птицы оказались наиболее уязвимыми в связи с вызываемыми ДДТ гормональными изменениями, влияющими на обмен кальция. Это приводит к утончению скорлупы яиц, и они чаще разбиваются.

Специалисты по борьбе с насекомыми «благоразумно» не применяли такие концентрации, которые могли бы быть непосредственно летальны для рыб и других животных. Тем не менее, со временем было установлено, что в тканях рыбоядных животных концентрация ДДТ почти в 500 000 раз выше, чем в воде. В среднем концентрация вредного вещества в каждом последующем звене экологической пирамиды примерно в 10 раз выше, чем в предыдущем.

Принцип биотического усиления (накопления) должен быть принят во внимание при любых решениях, связанных с поступлением соответствующих загрязнений в природную среду. Следует учитывать, что скорость изменения концентраций может увеличиваться или уменьшаться под действием некоторых факторов. Так, человек получит меньше ДДТ, чем птица, питающаяся рыбой. Это частично объясняется удалением пестицидов при обработке и варке рыбы. Кроме того, рыба находится в более опасном положении, ибо получает ДДТ не только через пищу, но и непосредственно из воды.