2. Екологічні піраміди. Правило 10%.

Положення окремих екологічних груп організмів у трофічних ланцюгах та мережах можна відобразити графічно у вигляді пірамід. Такий підхід вперше був запропонова­ний Ч. Елтоном (1927). Він побудував піраміди чисел, біомас та енергії за принципом, відповідно до якого в основі пірамід стоять продуценти, над ними відповідно консументи 1-го, 2-го, 3-го і так далі порядків.

Екологічні піраміди Елтона мають вигляд трикут­ника, закономірно звужуючись до вершини і вказуючи на зни­ження всіх показників з підвищенням трофічного рівня (рис.9).

Піраміда чисел відображає розподіл чисельності популяцій у трофічних ланцюгах, основою якої завжди є перший трофічний рівень (продуценти). З переходом до вищих трофічних рівнів — консументів різних порядків — чисельність популяцій знижуєть­ся. В деяких випадках піраміди чисел можуть бути перевернути­ми. Наприклад, влітку в лісових екосистемах помірних широт чи­сельність особин рослин значно менша, ніж їхніх споживачів, зокрема, комах та гризунів.

Піраміда біомас є графічним відображенням розподілу біома­си продуцентів і відповідно консументів різного порядку. Як пра­вило, біомаса продуцентів більша за біомасу організмів наступно­го трофічного рівня. Біомаса організмів найвищого трофічного рівня – найменша. Як виняток, у деяких екосистемах піраміди біомас можуть також бути перевернутими, тобто біомаса вищого трофічного рівня перевищує біомасу організмів нижчого рівня. Наприклад, на пасовищі біомаса травоїдних більша, ніж біомаса рослин, або в морі біомаса фітопланктону менша, ніж крилю, а біомаса останніх менша, ніж біомаса китів, які харчуються цим зоопланктоном.

Рис.9. Екологічна піраміда Елтона.

Піраміда енергії графічно відображає потік енергії через тро­фічні рівні. Ці піраміди завжди звужуються до вершини за умов врахування всіх джерел трофічної енергії в системі. На противагу попереднім пірамідам чисел та біомас, які відображають статику систем, тобто характеризують кількість організмів (чи їхню біо­масу) у цей момент, піраміди енергій показують швидкість про­ходження енергії їжі через трофічний ланцюг відповідно до за­кону Ліндемана.

Піраміда енергії демонструє ту закономірність, що більша частина енергії при передачі з нижчого трофічного рівня на вищий витрачається у вигляді тепла, а запасається лише 10-20% – правило 10%.

Рис.10. Піраміди біомас, енергії і чисел.

3. Поняття про біологічну продуктивність та екологічну нішу.

Біологічна продуктивність – це відтворення біомаси рослин, тварин мікроорганізмів, які входять до складу біогеоценозу. Відтворення біомаси видових популяцій рослин і тварин протікає з певною швидкістю, тому біологічна продуктивність може бути виражена продукцією за сезон, за рік, за декілька років чи інші одиниці часу.

Для наземних і донних організмів вона відзначається, кількістю біомаси на одиницю площі, а для планктонних і ґрунтових – на одиницю об'єму.

Отже, біологічна продуктивність є відтворенням біомаси на 1 м² площі (чи в 1 м³ об'єму) за одиницю часу і виражається частіше всього в грамах вуглецю чи сухої органічної речовини. Біологічну продуктивність не можна змішувати з біомасою. Так, планктонні водорості на одиницю площі синтезують за рік стільки ж органічної речовини, скільки і високопродуктивні ліси, однак, біомаса останніх у сотні тисяч разів більша.

Необхідно розрізняти первинну продукцію – органічна маса, створена рослинами за одиницю часу, і первинну продуктивність – швидкість з якою автотрофи (продуценти) в процесі фотосинтезу зв'язують енергію і запасають її в формі органічної речовини.

Підраховано, що сонячна енергія, яка досягла поверхні Землі протягом року, становить 5∙10²⁰ ккал. Це складає 9 млрд ккал на 1 га. Один гектар лісу в середніх широтах продукує по 6 тон деревини і 4 тон листя, спалювання яких дає 46 млн ккал. Відповідно, ефективність первинної продуктивності лісу, тобто ефективність використання росли­нами сонячної енергії для утворення органічної речовини, складає всього лише близько 0,5%.

Консументи, які споживають первинну продукцію, утворюють свою біомасу. Для позначення біомаси і швидкості її утворення консументами застосовуються терміни: «вторинна продукція», тобто продукція гетеротрофних організмів, і «вторинна продуктивність», тобто, швидкість утво­рення продукції гетеротрофами. Так, для одержання 1 кг яловичини необхідно тварин забезпечити від 70 до 90 кілограмами свіжої трави.

Екологічна ніша – це просто­рове і трофічне положення виду, яке він займає в біогеоценозі, комплекс його зв'язків з іншими видами і вимог до фізичного се­редовища існування.

Екологічна ніша виду визначається як абіо­тичними факторами довкілля, так і взаємозв'язками з іншими ви­дами (біоценотичними зв'язками).

Іншими словами, екологічна ніша – це притаманне кожному виду місце в біогеоценозі, яке є наслідком його взаємодії з абіо­тичними та біотичними факторами довкілля.

Отже, в біогео­ценозі існує стільки ж екологічних ніш, скільки й видів. Чим ближчі екологічні ніші двох видів в одному біогеоценозі, тим го­стріша між ними конкуренція. Наслідком такої конкуренції є або витискання одного виду іншим, або зниження її гостроти шляхом розходження вимог обох видів до характеру їжі, просторового розміщення, часу розмноження тощо (наприклад, ярусність у рослинному угрупованні виникає саме з цієї причини).

Рис.11. Розподіл ніш в залежності від вологості і рН грунту.