Экологисечкая пирамида

Экологическая пирамида

Экологическая пирамида - это графическое изображение соотношения различных трофических уровней пищевой цепи. Основание экологической пирамиды составляет уровень продуцентов.

Экологические пирамиды могут быть 3 видов:

1. Пирамида чисел - отражает количественное распределение отдельных организмов на трофических уровнях. Особенностью такой пирамиды является уменьшение численности организмов при движении от продуентов к консументам. Эта закономерность объясняется тем, что в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее. Для любого хищника существует нижний и верхний предел размеров их жертв, каждому хищнику служат пищей жертвы определенного размера. 
   Вторая пирамида - обращенная, так как в лесных пастбищных пищевых цепях продуценты - это деревья, а первичные консументы - это насекомые. Уровень первичных консументов по численности превышает уровень продуцентов.  
    
   
2. Пирамида биомассы - показывает соотношение общего количества живого вещества на трофических уровнях пищевой цепи. Может иметь две графические разновидности - правильная и обращенная. Наблюдаются следующие закономерности: пирамиды с широким основанием и узкой вершиной характерны для наземных и мелководных экосистем, в которых продуценты имеют крупные размеры и живут сравнительно долго. В молодых экосистемах вершина пирамиды более узкая, чем в зрелых; пирамида может быть обращенной в открытых и глубоких водах, где продуценты невелики по размеру и малодолговечны. Пирамида биомассы отличается промежуточным характером в озерах и прудах, так как здесь равноценны роли продуцентов, то есть крупных прикрепленных растений и микроскопических водорослей.
3. Пирамида энергии - величина потока энергии, проходящего через различные трофические уровни. В отличие от пирамиды чисел или биомассы, характеризующих статику экосистемы, пирамида энергии характеризует динамику прохождения массы пищи через пищевую цепь. На ее форму не влияют ни размеры особей, ни интенсивность их метаболизма. Кроме того, пирамида чисел преувеличивает роль мелких организмов, пирамида биомассы преувеличиват роль крупных. Поэтому пирамида энергии является наиболее универсальной характеристикой для сравнения потока энергии, проходящего через разные уровни, а также для сравнения одной экосистемы с другой.

Изучение  экологических пирамид позволяет  оценивать состав и особенности  функционирования целых экосистем  или их отдельных частей, а также  определять степень антропогенного воздействия на отдельные организмы  или экосистему в целом.

Движение  потока энергии в экосистеме можно представить в виде схемы:

Солнечная энергия, получаемая растениями, только частично используется для фотосинтеза. Энергия, запасенная в углеводах, расходуется  на рост и дыхание растений.

Валовой первичной продукцией называется биомасса продуцентов, накопленная ими в процессе фотосинтеза, включая ту его часть, которая была израсходована на дыхание.

Чистая  первичная продукция - биомасса органического вещества, накопленная в растениях за данных период времени без дыхания. 
          П_ч = П_в - Д₁ 
П_в - валовая первичная продукция; 
Д₁ - затраты на дыхание.

Часть органического вещества, созданного продуцентами - пища для первичных консументов. Эта энергия используется ими для образования биомассы, для покрытия затрат на дыхание, а неусвоенная часть выделяется в виде экскрементов.

Поток энергии, проходящей через 2 уровень: 
          А₂ = П₂ +Д₂ 
П₂ - прирост биомассы второго уровня (чистая вторичная продукция).

Поток энергии, проходящей через 3 уровень: 
          А₃ = П₃ +Д₃

Для трофических цепей характерны следующие  закономерности:

• поток энергии, выражающийся количеством вещества, синтезированного на каждом уровне, по мере продвижения по цепи уменьшается.
• так как определенное количество вещества может быть использовано каждым биогеоценозом неоднократно, а порция энергии - лишь один раз, то в экосистеме происходит каскадный перенос энергии и круговорот веществ.

Биологическая продуктивность - воспроизведение биомассы растений, животных и микроорганизмов, входящих в состав биогеоценоза. Измеряют количеством биомассы, приходящейся на 1 м² площади или 1 м³ объема в единицу времени.

Чтобы оценить значение вида или группы видов в круговороте веществ  и его биологическую продуктивность, кроме биомассы вида нужно знать ее относительную скорость прироста и время ее полного возобновления.

Чистая  продукция популяции P - сумма прироста биомассы всех ее особей, включая отделившиеся от организма образования и устраненные  по разным причинам особи за определенный промежуток времени.          

P = (B₂ - B₁) +E 
B₂, B₁ - конечная и начальная биомасса популяции.

Промежуточная продукция - продукция, которая после потребления другими членами биогеоценоза возвращается в круговорот данного биогеоценоза. Конечная продукция исключается из данного биогеоценоза, то есть выводится за его пределы.

Чистая  продукция сообщества - количество накопленного в сообществе органического вещества, непотребленного гетеротрофами, то есть чистая первичная продукция за вычетом той ее части, которая в течение данного времени была потреблена гетеротрофами.          

Пс = Пч - (П₂ + П₃ +...)

Развитие  и эволюция экосистемы

Любая экологическая система непрерывно изменяется, приспосабливаясь к изменениям внешней среды. Аллогенные изменения  обусловлены геохимическими силами, действующими на экосистему извне, а  также действием геологических  факторов. Автогенные изменения протекают  под действием факторов, возникающих  внутри экосистемы.

Экологическая сукцессия - это процесс направленного развития экосистемы, протекающий через последовательное замещение простого сообщества более сложным, с более богатым биологическим разнообразием, с более сложной пространственной и трофической структурой, в результате которого экосистема становится более устойчивой.

Характерные признаки сукцессии:

1. Происходит под действием биотического компонента экосистемы, так как биотическое сообщество изменяет физическую среду обитания и благодаря этим изменениям устанавливаются определенные скорость сукцессии, ее хараткер и пределы протекания.
2. Упорядоченное развитие экосистемы, связанное с изменением видовой структуры сообщества.
3. Протекает до тех пор, пока экосистема не станет стабилизированной, то есть когда на единицу потока энергии приходится максимальная биомасса и максимальное количество межвидовых взаимодействий. Это состояние называют климаксом.
4. В ходе сукцессии экосистема проходит через определенные промежуточные стадии развития, каждой из которых отвечает свой биоценоз. Эта последовательность - так называемый сукцессионный ряд (серия).

Выделяют  следующие виды и типы сукцессий экологических систем:

Экзогенетические (экзодинамические) изменения в экосистеме обусловлены внешними факторами по отношению к экологической системе. Эндогенетические вызываются внутренними факторами экосистемы.

Первичные сукцессии - начинаются на безжизненных, лишенных жизни субстратах (скальные породы, продукты извержения вулкана) и в процессе их протекания формируются не только фитоценозы, но и почвы.

Вторичные сукцессии - возникают на месте нарушенных или разрушенных климаксных экосистем (после пожара, вырубки леса, засухи и т.д.). Протекают гораздо быстрее первичных, так как начинаются с промежуточных стадий. Вторичная сукцессия возможна только тогда, когда человек не оказывает сильного и постоянного влияния на развивающуюся экосистему.

Автотрофная сукцессия: первыми в сообществе появляются автотрофы (зеленые растения). Наиболее распространены автотрофные сукцессии и протекают они до установления климаксной стадии развития экосистемы.

Гетеротрофная сукцессия: происходит в субстратах, в которых отсутствуют живые растения (продуценты) и в которых участвуют только животные (гетеротрофы), а также мертвые растения. Эти сукцессии протекают только до тех пор, пока присутствует запас органического вещества. После его окончания сукцессионный ряд заканчивается, экосистема распадается.

Деструктивные сукцессии - не завершаются конечным климаксным состоянием. Воздействие человека на экологическую систему часто приводит к упрощению экосистемы - то есть дегрессии.

Смена сообществ в результате дегрессии  завершается не климаксными сообществами с более сложной структурой, а стадиями катоценоза, которые часто заканчиваются полным распадом экосистемы.

Катастрофическая  сукцессия - вызывается какой-либо природной или антропогенной катастрофой.

Закономерности  сукцессионного процесса:

1. На начальных стадиях видовое разнообразие незначительно, продуктивность и биомасса малы, по мере развития сукцессии показатели возрастают.
2. По мере развития сукцессии число биотических взаимоотношений возрастает, причем наиболее сильно увеличивается число симбиотических отношений. Усложняются цепи, сети питания.
3. Уменьшается количество свободных экологических ниш. В климаксном сообществе они или отсутствуют, или находятся в минимальном количестве.
4. Интенсифицируются процессы круговороты веществ, энергии и дыхания экосистемы.
6. Каждый последующий этап сукцессии длится дольше предыдущего, характеризуется более высоким значением отношения биомассы к величине потока энергии, а также своими видами-доминантами.
7. Скорость сукцессии сильно зависит от продолжительности жизни тех организмов, которые влияют на функционирование экосистемы (автотрофов).
8. Продолжительность последних стадий сукцессии велика, однако динамические процессы при этом не приостанавливаются, а лишь замедляются. Большая часть процессов на этих стадиях - динамические, циклические процессы.
9. В зрелой стадии климаксного сообщества биомасса экосистемы достигает максимума или близких к максимуму значений, однако в самом климаксном сообществе продуктивность несколько ниже. Это объясняется тем, что в климаксном сообществе максимум первичной продукции потребляется консументами; что экосистема развивает большую зеленую массу, в рзультате чего освещенность падает, интенсивность фотосинтеза уменьшается, затраты на дыхание увеличиваются.  

Стабильность  и устойчивость экосистемы

Стабильность  экосистемы - это способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии внешних факторов.

Устойчивость  экосистемы - способность экосистемы возвращаться в исходное или близкое к нему состояние после прекращения воздействия факторов, которые вывели ее из состояния равновесия.

Упругая экосистема способна воспринимать значительные воздействия, не изменяя существенно своей структуры и свойств. Однако, при определенной интенсивности воздействий она обычно разрушается или переходит в качественно новое состояние.

Пластичная  экосистема - более чувствительна к внешним воздействиям, но под их влиянием она "прогибается". После прекращения воздействия относительно быстро возвращается в исходное или близкое к нему состояние.

Закон Эшби: Стабильность и устойчивость экосистемы тем выше, чем больше видовое разнообразие. Для экосистемы с низкой устойчивостью характерны вспышки численности отдельных видов.

Агроэкосистемы также являются малоустойчивыми и не могут существовать без постоянной поддержки человека.

Пищевые сети внутри экосистемы имеют хорошо выраженную структуру, которая характеризуется  количеством и размером организмов на каждом уровне цепи питания. Количество особей последовательно уменьшается  при переходе с одного пищевого уровня на другой, а размер их увеличивается. Эта закономерность называется правилом экологической пирамиды. Различают  пирамиду чисел, отражающую число особей на каждом пищевом уровне, пирамиду биомассы - количество синтезированного на каждом уровне органического вещества и пирамиду энергии - количество энергии  в нище. Например, в четырехзвенной цепи на 1 га травяной экосистемы насчитывается около 9 млн. экземпляров растений, больше 700 тыс. растительноядных насекомых свыше 350 тыс. хищных насекомых и пауков, и всего три птицы. Основание такой пирамиды чисел в 3 млн. раз шире, чем вершина. Биомасса (масса организмов определенной группы) каждого последующего уровня в цепи также прогрессивно уменьшается в среднем в 10 раз. Так, на 1 тыс. кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных, 10 кг биомассы хищников первого порядка, 1 кг биомассы хищников второго порядка. В связи с этим пастбищные цепи питания не могут быть очень длинными и состоят из 3-6 звеньев.