4.2 Екологічна піраміда
У природі відбувається безперервний кругообіг біогенних речовин, необхідних для життя. Автотрофи за допомогою фотосинтезу створюють органічні речовини, якими живляться гетеротрофи, а редуценти знов їх мінералізують. Таким чином, у процесі еволюційного розвитку життя в екологічних системах склалися певні ланцюги живлення (трофічні; грец. «трофо» — живлення). Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) — послідовність груп організмів, кожна з яких (ланка ланцюга) є поживою для наступної, тобто поєднана зв'язками їжа — споживач. На базі трофічних зв'язків виникають ланцюги живлення, що включають групи організмів, у яких одні поїдають інших. До будь-якої екосистеми входить кілька трофічних рівнів або ланок ланцюга. На основі ланцюгів живлення складається екологічна піраміда.
Ланцюг живлення, як правило, складається з 2—5 ланок і включає представників продуцентів, консументів і редуцентів:
Перший рівень представлений автотрофними організмами (рослинами) — продуцентами, другий — гетеротрофами (тваринами) — консумен тами першого порядку, їх ще називають фітофагами (грец. «фітон» — рослина і «фагос» — той, що пожирає), які поїдають рослини. Третій рівень (інколи четвертий, п'ятий) представлений хижаками (зоофагами), або консументами другого (третього, четвертого) порядку. Останній рівень представлений в основному організмами, поживою яких є мертва речовина. їх називають сапрофагами (грец. «сапрос» — гнилий), або редуцентами (лат. «редуцере» — повертати).
Рисунок 4.1 -Екологічна піраміда біомас (зображена в перевернутому вигляді) і трофічні рівні в екосистемі (за Ч. Елтоном)
В екологічних системах (біогеоценозах) у процесі еволюції в ланцюгах живлення визначилась важлива закономірність, що дістала назву правила екологічної піраміди, кількість рослинної маси приблизно в 10 разів більша за масу рослиноїдних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків. Завдяки тому, що при переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої втрачається до 80—90 % зв'язаної енергії у вигляді теплоти, довжина ланцюгів невелика. Найефективнішим є передавання енергії від одного консумента до іншого, і тому ці ряди найдовші.
Співвідношення чисельності організмів, величини біомас або зв'язаної в біомасі енергії зображають у формі екологічних пірамід. Відповідно розрізняють піраміди чисельності, біомаси та енергії. В основі піраміди розміщують відповідні значення першого трофічного рівня екосистеми, а на вершині — останнього. Від основи піраміди до її вершини числові значення, як правило, зменшуються. Екологічні піраміди наочно характеризують не лише кількість біомаси, а й інтенсивність її переробки. Проте ця величина має в даному випадку тільки якісний характер. У трофічних ланцюгах усі речовини послідовно переходять від одного виду організмів до іншого. Проте якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному кругообігу, то ксенобіотики, синтезовані людиною і не властиві природі, накопичуються при переході від одного виду трофічного ланцюга до іншого. Оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків на одиницю біомаси збільшується. Так, якщо концентрація пестициду ДДТ, який використовували для знищення комах, у тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих риб досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою, — до 75 г на один кілограм біомаси. Отже, впродовж чотирьох ланок трофічного ланцюга концентрація ДДТ зросла в 1875 разів. Аналогічно концентруються й інші ксенобіотики, проте числові значення їх відрізняються, але закономірно збільшуються від основи екологічної піраміди до її вершини.
Концентрування речовин у трофічних ланцюгах слід враховувати в разі забруднення біосфери ксенобіотиками, тому що при споживанні в їжу тварин і птахів концентрації цих забруднювальних шкідливих речовин можуть бути значними. Трофічні ланцюги виконують ще й бар'єрну функцію, що сприяє самоочищенню завдяки концентруванню речовин і виведенню їх з біологічного кругообігу.
Кількість та інтенсивність збільшення біомаси характеризують біологічну продуктивність виду, угруповання або екосистеми. Біопродуктивністю називають швидкість продукування біомаси на певній площі за одиницю часу. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинною (біомаса, продукована консументами та організмами, які розкладаються). Первинна продуктивність материків становить близько 53 млрд т органічної речовини, Світового океану — до ЗО млрд т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся та Сибіру, в океані — зони глибинних вод біля материків у тропіках, які збагачені фосфором і азотом, а також материкові мілини холодних морів.
Уся біомаса планети здатна прогодувати не більш як 7—10 млрд чоловік, за одними даними, і не більш як 12 млрд чоловік, за іншими. Уже нині щорічної біомаси, яку збирає людство, недостатньо для харчування населення Землі. Тому необхідно вирішити насамперед проблему регулювання чисельності населення Землі, підвищення продуктивності біосфери та її охорони від посиленого антропогенного тиску.
Рисунок 4.2- Екологічна піраміда
Рисунок. 4.3. - Екологічні піраміди: А — чисельності організмів; Б — біомаси організмів; В — зв'язаної енергії (за Ю. Одумом)