Связь потока энергии с цепями питания. Экологические пирамиды

В сухопутных биогеоценозах все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного растениями. При этом в каждой цепи питания ор­ганизмы последующих трофических уровней используют для построения вещества своего тела в среднем лишь 10% энергии, заключенной в биомассе, поступившей с предыдущего тро­фического уровня. Остальная энер­гия расходуется для поддержания жизнедеятельности организмов, пре­вращается в теплоту и рассеивается. Поэтому пищевые цепи не могут быть длинными. Обычно они состоят не более чем из 5 звеньев (пищевых уровней). При этом биомасса расте­ний, служащая основой пищевой цепи, на порядок превышает общую массу растительноядных животных, а биомасса каждого из последующих звеньев пищевой цепи в такой же степени убывает. Значительное убывание энергии при переходе от одного трофического уровня цепи питания к другому графически изображается в виде пирамиды. Согласно правилу экологической пирамиды, количество энергии, содержащейся в организмах на любом последующем трофиче­ском уровне, меньше ее значений на предыдущем уровне.

Различают три основных типа экологических пирамид: пирамиды энергии, чисел и биомассы. Пирамиды энергии показывают количество энергии, фиксируемой на единице площади за единицу времени, например, кДж/м². Они дают наиболее полное представление о функциональной организации сообщества, так как отражают скорость прохождения массы пищи через пи­щевую цепь (рис 19.9).

Пирамиды чисел дают наглядное представление о численности особей на каждом трофическом уровне пищевой цепи. Пирамиды биомассы характеризуют изменение количества органи­ческого вещества при переходе с од­ного трофического уровня на другой. Экологические пирамиды наглядно свидетельствуют о том, что все процессы энергообмена в биогео­ценозах идут в направлении уменьшения потенциальной энергии от первого трофического уровня в основании пирамиды к ее вершине, что соответствует второму закону термодинамики.

Показатели, характеризующие биогеоценоз

К основным показателям, характеризующим состояние биогеоценоза, относятся видовое разнообразие, плотность видовых популяций, биомасса и продуктивность.

Видовое разнообразие — число видов растений и животных, образующих данный биогеоценоз. Плотность видовых популяций — количество особей данного вида, отнесенное к единице площади или объема. Биомасса — общее количество ор­ганического вещества всей совокуп­ности особей с заключенной в нем энергией. Биомассу обычно выража­ют в весовых единицах в пересчете на сухое вещество на единицу площади или объема.

Продуктивность — скорость продуцирования биомассы, которая измеряется количеством биомассы, образованной за какой-то конкрет­ный срок (единицу времени), и выражается обычно в единицах сухого веса на единицу площади (объема) или в энергетическом эквиваленте (например, кДж/м²). Выделяют первичную и вторичную биологическую продук­тивность.

Величина биомассы биогеоцено­зов в каждый данный момент време­ни зависит не только от их продуктивности, но и от продолжительности жизни организмов и особенностей са­мих биогеоценозов в целом. Например, в лесных биогеоценозах накопленная за десятки и сотни лет биомас­са во много раз превосходит годовую первичную продуктивность. Наоборот, в морских экосистемах первич­ная годовая продуктивность фитопланктона в сотни раз превосходит наличную его биомассу, так как неболь­шие по биомассе, быстро размножающиеся одноклеточные водоросли столь же интенсивно потребляются консументами (рис. 19.11). Величины продуктивности и биомассы служат показателями роли тех или иных экосистем в круговороте веществ и стабилизации состояния биосферы. Изучение биологической продуктивности природных систем различного ранга — необходимая основа ра­ционального использования, охраны и обеспечения воспроизводства природных ресурсов.