Лекция 4 пищевые сети. Экологические пирамиды. Поток энергии в экосистеме. Правило 10%.

ПИЩЕВЫЕ СЕТИ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПИРАМИДЫ.

В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, так как животное может питаться организмами разных типов из одной же пищевой цепи или даже из разных пищевых цепей. Это в особенности относится к хищникам верхних трофических уровней. Некоторые животные питаются как другими животными, так и растениями; их называют всеядными (таков, в частности, и человек). В действительности пищевые цепи переплетаются таким образом, что образуется пищевая (трофическая) сеть.

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для графического представления этих взаимоотношения удобнее использовать не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды, которых бывает три типа: пирамиды численности, биомассы и энергии.

Сначала подсчитывают число различных организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням. Количество организмов на данном трофическом уровне может быть представлено в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном объеме, если это водная экосистема). Затем строят прямоугольники один над другим, в соответствии с номером трофического уровня. Получаются пирамиды, которые носят название пирамид численности. Например, миллион особей фитопланктона может прокормить 10000 особей зоопланктона, которые в свою очередь прокормят сто окуней, которых будет достаточно, чтобы прокормиться одному человеку в течении месяца. Пирамиды чисел и биомасс отражают статику системы, то есть характеризуют количество или биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информации о трофической структуре экосистемы, хотя также позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем. Пирамида чисел позволяет, например, рассчитывать допустимую численность отстрела животных в охотничий период без последствий для нормального функционирования экосистемы.

Пирамида численности для большинства экосистем сужается при продвижении от уровня продуцентов к более высоким уровням (рис.3. левый). Но для некоторых экосистем пирамиды численности имеют другую форму. Например, в лесу небольшое количество деревьев, снабжает огромное количество небольших по размеру насекомых – фитофагов и птиц – консументов 1 –го порядка (рис.3 правый).

Пастбище Лес умеренного пояса

(лето) (лето)

Консументы 3-го порядка

Консументы 2-го порядка

Консументы 1-го порядка

Продуценты

Рис.3. Пирамиды численности в экосистемах

Существует ряд неудобств, связанных с использованием этих пирамид. Из этих недостатков наиболее важны следующие:

1. Продуценты сильно различаются по размерам, а между тем один экземпляр злака или водоросли, например, имеет тот же статус, что и одно дерево. Поэтому истинно пирамидальной формы часто не получается. Цепи питания паразитов тоже могут давать перевернутые пирамиды.

2. Диапазон численности разных видов настолько широк, что часто трудно соблюсти масштаб при изображении пирамиды.

Неудобств, связанных с использованием пирамид численности, можно избежать путем построения пирамид биомассы, в которых учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня. Таким образом, прямоугольники в пирамидах биомассы (сухой вес всех органических веществ) отображают массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади или объема.

Для большинства наземных экосистем суммарная биомасса каждого последующего трофического уровня пищевой цепи уменьшается. Это создает пирамиду биомасс, где существенно преобладают продуценты (рис.4 левый). В водных экосистемах пирамида может быть перевернутой (рис.4 правый). Здесь продуцентом является микроскопический фитопланктон, быстро растущий и размножающийся, а не большие растения, которые растут медленно.

Заброшенное поле Озеро (зима)

Консументы 3-го порядка

Консументы 2-го порядка

Консументы 1-го порядка

Продуценты

Рис.4. Пирамиды биомассы в экосистемах

Наиболее фундаментальным и в определенном смысле идеальным способом отображения связей между организмами на разных трофических уровнях служит пирамида энергии, поскольку она отражает динамику системы, то есть скорость прохождения энергии через пищевую цепь, обладающая рядом преимуществ:

1. Она отражает скорость образования биомассы в отличие от пирамид численности и биомассы, описывающих только текущее состояние организмов в отдельный момент времени. Каждая ступенька пирамиды энергии отражает количество энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за определенный период. На рис. представлена пирамида энергии водной экосистемы. Обратите внимание, что цифры здесь характеризуют поток энергии.

2. Пирамиды энергии позволяют сравнивать не только различные экосистемы, но и относительную значимость популяций внутри одной экосистемы, не получая при этом перевернутых пирамид.

3. К основанию пирамиды энергии можно добавить еще один прямоугольник, отображающий поступление, солнечной энергии.

Хотя пирамиды энергии - наиболее полезный из трех типов экологических пирамид, получить данные для их построения труднее всего, так как при этом требуется даже больше измерений, чем при построении пирамид биомассы. В частности, необходима дополнительная информация об энергетической стоимости данных масс организмов, а это требует сжигания репрезентативных выборок. На практике же пирамиды энергии иногда могут быть с достаточной достоверностью получены из пирамид биомассы путем пересчета, основанного на проведенных ранее экспериментах.