Далее
к уроку

ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (синэкология)

Назад
 

Трофическая структура экосистемы

  • Что определяет трофическая структура экосистемы?
  • Объясните экологический смысл закона Линдемана (правила 10%).

*В результате взаимодействия в пищевых цепях при переносе энергии каждое сообщество приобретает определенную трофическую структуру.

В общем случае трофическую структуру можно определить количеством энергии, фиксируемой на единицу площади в единицу времени на последовательных трофических уровнях, и изобразить графически в виде экологических пирамид, основанием которых служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. Данное явление было изучено Ч. Элтоном в 1927 г.

Различают три основных типа экологических пирамид.



Типы экологических пирамид

  • Пирамида чисел (число особей/м2) отражает численность организмов на разных трофических уровнях. В случае пастбищных пищевых цепей леса, когда продуцентом служит дерево, а первичными консументами - насекомые, уровень первичных кон-
    сументов численно богаче особями уровня продуцентов. В этом случае пирамиду чисел называют обращенной.
  • Пирамида биомасс характеризует общую сухую массу органического вещества на разных трофических уровнях (сухая масса органических веществ г/м2).

Для наземных экосистем пирамида биомасс имеет вид, представленный на рис. А. Для водных экосистем закономерности соотношения биомасс на разных трофических уровнях имеют специфику. Пирамида биомасс для водных экосистем может быть перевернута, т. е. биомасса животных, потребляющих растительную продукцию, больше биомассы растительных организмов (рис. Б). Причиной этого явления могут служить резкие различия в продолжительности жизни организмов рассматриваемых уровней. Например, уровень продуцентов представлен в основном фитопланктоном с достаточно коротким периодом жизни (часы, дни), уровень консументов - более долгоживущими организмами - зоопланктоном или другими, питающимися фитопланктоном животными (рыбы, моллюски, киты и др.). Они накапливают биомассу годами и десятилетиями.
  • Пирамида энергий (Дж/м2Чгод) показывает величину энергетического потока или "продуктивность" на последовательных трофических уровнях. Энергетическая пирамида всегда сужается кверху при условии, что учтены все источники энергии, поступающей в систему с пищей.


Из трех типов экологических пирамид пирамида энергий дает наиболее полное представление о функциональной организации сообщества. Число и масса организмов, которых может поддерживать какой-либо трофический уровень в тех или иных условиях, зависит не от количества фиксированной энергии, имеющейся в данное время на предыдущем уровне, а от скорости продуцирования пищи. В противоположность пирамидам чисел и биомасс, отражающим статику системы, пирамида энергий отражает картину скоростей прохождения массы пищи через пищевую цепь

На форму этой пирамиды не влияют изменения интенсивности метаболизма (Метаболизм (от греч. metabole - перемена) - совокупность химических реакций, протекающих в живых клетках и обеспечивающих организм веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста, размножения. Различают две стороны метаболизма: анаболизм (от греч. anabole - подъем) - образование и обновление структурных элементов и катаболизм (от греч. katabole - сбрасывание вниз) - расщепление сложных молекул.) и размеров особей, и, если учтены все источники энергии, пирамида всегда имеет правильную форму в соответствии со вторым законом термодинамики.

Построение пирамиды чисел и пирамиды биомасс без пирамиды энергий может привести к неверной оценке функциональной роли популяций, сильно различающихся интенсивностью метаболизма. Данные по численности приводят к переоценке значения мелких организмов, а данные по биомассе - к переоценке роли крупных организмов.

Размеры и сложность системы лимитируются затратами энергии на ее самоподдержание. Рост систем прекращается, если расход энергии на самоподдержание становится равным ее поступлению. Количество биомассы, которое может поддерживаться в условиях такого равновесия, называется максимальной поддерживающей емкостью среды. Считается, что оптимальная поддерживающая емкость, способная противостоять изменениям окружающей среды, ниже теоретически максимальной в 2 раза. Так, например, по мнению специалистов, оптимальная поддерживающая емкость Земли находится в пределах 8,5-13,5 млрд. человек. В настоящее время численность народонаселения нашей планеты составляет примерно 5,7 млрд. человек, а по оценкам ООН, к 2000 г. она составит примерно 6,1-6,3 млрд. человек.


**Возвращаясь к пирамиде энергий, можно дать определение очень важному закону пирамиды энергий (уже упоминавшееся правило 10%), согласно которому с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10% энергии. Этот закон, сформулированный в 1942 г. Р. Линдеманом, называют иногда законом Линдемана. Его следствием является ограниченная длина пищевых цепей. Из закона вытекает очень важное правило, заключающееся в том, что переход с одного трофического уровня на другой порядка 10% энергии не ведет к пагубным для экосистемы последствиям.

Использование правила 10% позволяет определять возможный и безопасный объем промысла особей. Однако пока нет способов для прогнозирования динамического состояния популяций, поэтому в одних случаях нормы промысла завышены, в других - занижены.