§ 85. Экологические пирамиды

Определения и обозначения

Трофический уровень — положение организма в цепи питания. Продуценты, например растения и водоросли, образуют первый уровень, а консументы располагаются выше: консументы первого порядка питаются продуцентами, второго порядка — консументами первого порядка. Это понятие нужно, чтобы определить место организма и направление передачи вещества и энергии.

Экологическая пирамида — графическое изображение соотношения организмов разных трофических уровней по выбранному показателю. Её основание обычно соответствует продуцентам, а ярусы выше — консументам. Такое изображение помогает быстро сравнить строение экосистемы.

Пирамида чисел показывает количество особей на каждом трофическом уровне. Например, отдельно подсчитывают травы, кузнечиков и лягушек в одной цепи. Она нужна для оценки численности организмов, но не показывает их размеры.

Пирамида биомассы отражает общую массу организмов уровня, а пирамида энергии — количество энергии, запасённой или передаваемой на этом уровне. Биомассу выражают, например, в г/м², энергию — в кДж или других энергетических единицах. Эти варианты позволяют изучать не только число особей, но и материальные и энергетические ресурсы экосистемы.

Как это устроено

Основание пирамиды образуют продуценты, потому что именно они вводят энергию в экосистему и создают органическое вещество. Консументы не могут существовать без пищи, полученной прямо или косвенно от продуцентов, поэтому их уровни располагаются выше. Чем дальше организм находится от основания, тем больше звеньев отделяет его от исходного источника энергии.

Число организмов часто уменьшается вверх по цепи: для поддержания одного хищника требуется несколько жертв, а для этих жертв — ещё больше растений. Однако размер особей может изменить картину. Одно дерево способно прокормить множество насекомых, поэтому пирамида чисел в такой цепи окажется перевёрнутой.

Биомасса обычно сокращается от продуцентов к хищникам, поскольку часть вещества теряется при питании и обмене веществ. В водоёмах возможна обратная ситуация: фитопланктон быстро воспроизводится и так же быстро поедается. В один момент его небольшая стоящая биомасса может поддерживать большую биомассу потребляющих его организмов.

Энергия передаётся на следующий уровень только вместе с той частью пищи, которая усвоена организмом. Остальное расходуется на дыхание, движение, рост и поддержание жизнедеятельности, а затем рассеивается главным образом в виде тепла. Поэтому доступная энергия от уровня к уровню уменьшается, и энергетическая пирамида не может расширяться вверх.

Тип пирамиды выбирают по вопросу, который нужно решить. Если сравнивают количество особей, используют численность; если массу живого вещества — биомассу; если передачу энергии — энергетический показатель. Эти данные описывают разные стороны экосистемы, поэтому одно значение нельзя автоматически заменить другим.

Сравнение экологических пирамид

Сначала определите, какие данные даны в условии: число особей, масса или энергия. Затем расположите продуцентов в основании, а консументов — выше, сохраняя порядок питания. Форма схемы должна соответствовать особенностям выбранного показателя.

Разбор задач

Задача 1

В цепи «трава — кузнечик — лягушка» указано соответственно 800, 80 и 8 особей. Нужно определить показатель и расположить уровни от основания к вершине. Поскольку даны именно количества особей, речь идёт о пирамиде чисел.

1. Определяем продуцента: травы создают органическое вещество, значит, они находятся на первом уровне.
2. Располагаем выше консумента первого порядка — кузнечика, который питается травой.
3. На вершину помещаем лягушку, питающуюся кузнечиками, и записываем числа: 800, 80, 8.

Ответ: это пирамида чисел. От основания к вершине идут трава — 800 особей, кузнечики — 80 особей, лягушки — 8 особей.

Задача 2

Биомасса продуцентов равна 500 г/м², консументов первого порядка — 70 г/м², второго порядка — 10 г/м². Требуется построить пирамиду биомассы и объяснить её форму. Все значения уменьшаются при переходе вверх, поэтому схема будет обычной, с широким основанием.

1. В основание помещаем продуцентов и подписываем 500 г/м².
2. Выше размещаем консументов первого порядка со значением 70 г/м².
3. На вершине показываем консументов второго порядка — 10 г/м².

Ответ: форма пирамиды обычная: 500 → 70 → 10 г/м². Более высокий уровень имеет меньшую биомассу, потому что вещество пищи усваивается не полностью и расходуется организмами.

Задача 3

На первом трофическом уровне запас энергии составляет 20 000 кДж. Используем приближённое правило: на следующий уровень переходит около 10%, то есть 0,1 от исходной величины. Расчёт выполняем последовательно, каждый раз беря десятую часть предыдущего значения.

1. Для второго уровня: 20 000 × 0,1 = 2 000 кДж.
2. Для третьего уровня: 2 000 × 0,1 = 200 кДж.
3. Изображаем широкое основание 20 000 кДж, затем ярусы 2 000 и 200 кДж.

Ответ: на втором уровне около 2 000 кДж, на третьем — около 200 кДж. Пирамида энергии сужается вверх, потому что при каждом переходе большая часть энергии расходуется и рассеивается.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что любая пирамида имеет обычную форму. Так происходит, если не учитывать размеры организмов и скорость обновления биомассы. Проверьте, какой показатель дан и могут ли крупные особи поддерживать множество мелких.

Ошибка 2. Путать численность, биомассу и энергию. Эти показатели измеряют разные свойства, поэтому число особей нельзя записывать как массу или энергетический запас. Для проверки назовите единицы измерения и вопрос, на который отвечает схема.

Ошибка 3. Принимать правило 10% за точное для каждого перехода. Его используют как удобную приблизительную оценку, а реальная доля зависит от условий и организмов. В решении указывайте слово «около» или «примерно».

Ошибка 4. Считать, что энергия полностью переходит на следующий уровень. Организм тратит её на жизненные процессы, и часть рассеивается в виде тепла. Проверьте себя: каждое следующее значение энергетической пирамиды должно быть меньше предыдущего.

Связь с другими темами

Для понимания экологических пирамид нужны понятия пищевой цепи, продуцентов, консументов и трофического уровня. Пищевая цепь показывает связи питания, а пирамида обобщает их по выбранному показателю. Поэтому сначала определяют участников цепи и их порядок.

Пирамиды помогают анализировать структуру и устойчивость экосистем. Они показывают, почему пищевые цепи обычно не бывают очень длинными: доступная энергия уменьшается на каждом уровне. По соотношению организмов также можно оценивать состояние экосистемы.

Что запомнить

• Экологическая пирамида показывает соотношение показателей на трофических уровнях.
• Пирамида чисел отражает количество особей.
• Пирамида биомассы отражает массу организмов.
• Пирамида энергии отражает запас или поток энергии.
• Пирамиды чисел и биомассы могут быть перевёрнутыми.
• Пирамида энергии всегда сужается вверх.
• Правило передачи около 10% энергии является приблизительным.