"Биология. Профильный уровень", Пономарева И.Н.
Экологическая пирамида чисел показывает, сколько организмов каждого вида приходится на разные трофические уровни одной пищевой цепи. Она помогает увидеть, как меняется численность от продуцентов к консументам и как устроено сообщество. Обычно организмов становится меньше к вершине цепи, но это не обязательное правило для каждого уровня. Один крупный продуцент, например дерево, может поддерживать множество мелких потребителей. Числа не показывают общую массу организмов или количество энергии.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Пирамида чисел — изображение численности организмов на разных трофических уровнях одной пищевой цепи. Каждый уровень на ней показывает, сколько организмов относится к соответствующему звену. Такое изображение помогает сравнить численность участников цепи, а не просто перечислить их.
Трофический уровень — положение организма в пищевой цепи, определяемое тем, откуда он получает пищу. Продуценты, например растения, создают органические вещества и занимают начальный уровень; консументы питаются другими организмами и располагаются выше. Уровень нужен, чтобы понять, какие организмы сравнивают между собой.
Правило пирамиды чисел описывает обычную тенденцию: при переходе от продуцентов к консументам численность организмов уменьшается. Причина связана с ограниченностью ресурсов и потерями при передаче пищи и энергии. Это правило помогает предсказать типичную форму пирамиды, но не означает, что она всегда будет правильным треугольником.
Пирамида чисел отличается от пирамиды биомассы и пирамиды энергии тем, что сопоставляет количество организмов, а не их массу или запас энергии. Один крупный организм при подсчёте равен одному мелкому, хотя их масса различается. Это различие нужно учитывать, чтобы не делать выводов о запасах вещества и энергии только по численности.
Чтобы построить пирамиду чисел, сначала определяют пищевую цепь и распределяют её участников по трофическим уровням. Затем подсчитывают организмы каждого уровня на одной и той же территории и за сопоставимый период. Единые границы нужны, чтобы различия отражали особенности цепи, а не то, что один уровень считали на большей площади или в другое время. После подсчёта численность уровней можно представить в виде полос или ступеней.
Численность обычно снижается к вершине цепи, потому что каждый следующий уровень зависит от ресурсов предыдущего. Не вся пища съедается, усваивается и превращается в новую биомассу, поэтому консументам доступна лишь часть вещества и энергии. В результате поддержать многочисленную группу верхних потребителей сложнее, чем многочисленную группу организмов внизу цепи. Именно этим объясняется типичная, но не обязательная, форма пирамиды.
Основание чаще образуют многочисленные продуценты: растения и другие организмы, создающие органические вещества. Ими могут питаться консументы первого порядка, а те, в свою очередь, становятся пищей для следующих потребителей. На каждом шаге количество доступного ресурса ограничивается, поэтому верхние уровни обычно включают меньше организмов. Однако это закономерность, а не требование к каждой отдельной пищевой цепи.
Пирамида чисел может оказаться перевёрнутой или иметь ступени разной ширины, если один крупный продуцент обеспечивает пищей много мелких потребителей. Например, единственное дерево может быть источником пищи для сотен насекомых, а насекомые — для нескольких птиц. По количеству основание тогда будет уже следующего уровня. Это не означает, что дерево содержит меньше вещества, чем все насекомые вместе.
Форма зависит от того, какую экосистему, пищевую цепь и территорию выбрали, а также от способа подсчёта организмов. Если сравнить данные с разных по площади участков или из несопоставимых периодов, уровни нельзя корректно оценить. Кроме того, один организм может быть крупным, а другой — очень мелким. Поэтому число организмов не позволяет само по себе судить ни об общей биомассе уровней, ни о запасе энергии.
В таблице сопоставлены три способа описать трофические уровни: по числу организмов, их общей массе и энергии. Сначала выберите, какой показатель нужен для задачи, а затем смотрите, что именно сравнивается и в каких единицах ведётся учёт. Не считайте ширину уровня пирамиды чисел показателем массы или энергии.
| Критерий | Пирамида чисел | Пирамида биомассы | Пирамида энергии |
|---|---|---|---|
| Что сравнивают на трофических уровнях | Количество организмов | Суммарную массу организмов | Запас или поток энергии |
| Единицы учёта | Число особей или организмов | Единицы массы на единицу площади или объёма | Единицы энергии на единицу площади или объёма за время |
| Типичное изменение от основания к вершине | Численность обычно снижается | Биомасса обычно снижается | Доступная энергия снижается |
| Возможность необычной или перевёрнутой формы | Возможна, например при одном крупном продуценте | Возможна в отдельных экосистемах и случаях | Пирамида обычно не перевёрнута |
| Что позволяет оценить | Число организмов на уровнях | Общую массу организмов на уровнях | Передачу энергии между уровнями |
Задача 1. В цепи «трава — кузнечики — лягушки» насчитывается 10 000 растений, 1 000 кузнечиков и 100 лягушек. Нужно расположить уровни и охарактеризовать пирамиду чисел. Условие уже задаёт порядок питания: кузнечики едят траву, а лягушки — кузнечиков.
Ответ. Численность уменьшается от 10 000 растений до 1 000 кузнечиков и 100 лягушек. Пирамида обычной формы: основание самое широкое, а верхний уровень самый узкий. Каждого следующего уровня в десять раз меньше предыдущего.
Задача 2. Одно дерево служит местом питания для 300 насекомых, которыми питаются 20 птиц. Нужно изобразить пирамиду чисел и объяснить её форму. Здесь важно считать отдельные организмы, а не сравнивать их размеры или суммарную массу.
Ответ. Числа уровней снизу вверх: 1, 300 и 20. Основание уже уровня насекомых, поэтому пирамида имеет необычную, частично перевёрнутую форму. Это возможно потому, что один крупный продуцент способен обеспечивать пищей множество мелких консументов.
Задача 3. В цепи «фитопланктон — зоопланктон — рыбы» на участке водоёма подсчитали 50 000, 8 000 и 200 организмов соответственно. Нужно составить пирамиду чисел и объяснить, почему эти данные не определяют соотношение биомасс. Порядок уровней следует из пищевой цепи.
Ответ. Численность снижается от фитопланктона к рыбам, значит, пирамида чисел сужается к вершине. Однако фитопланктонные организмы могут быть очень мелкими, а рыбы — крупными. Без данных о массе каждой группы нельзя определить их суммарную биомассу по одним лишь числам.
Ошибка — считать, что пирамида чисел всегда должна выглядеть как треугольник. Так думают, потому что численность часто снижается к верхним уровням, но крупный продуцент может поддерживать множество потребителей. Проверьте числа каждого уровня: если на следующем уровне организмов больше, форма будет необычной, и это не делает подсчёт неверным.
Не следует путать количество организмов с их биомассой. Ошибка возникает, когда всем организмам мысленно приписывают одинаковый размер, хотя один крупный организм может весить больше множества мелких. Для проверки задайте себе вопрос: сравниваются особи или их суммарная масса? Во втором случае нужна пирамида биомассы.
Некорректно сравнивать численность, подсчитанную на участках разной площади или в несопоставимые периоды. На большой территории обычно обнаруживается больше организмов, поэтому разница может объясняться условиями учёта, а не устройством пищевой цепи. Сверьте границы участка и время наблюдения; при необходимости пересчитайте данные к одинаковой площади.
Ширина уровня пирамиды чисел сама по себе не показывает объём переданной энергии. Такое заключение ошибочно, потому что один организм может быть и мелким, и крупным, а количество особей не описывает энергетические потери. Если требуется оценить энергию между уровнями, используйте данные и изображение пирамиды энергии.
Для понимания пирамиды чисел нужно знать, что такое пищевая цепь, продуцент и консумент: без них нельзя определить порядок уровней. Понятие трофического уровня связывает каждое звено цепи с его местом в питании. Пирамида чисел дополняет пирамиды биомассы и энергии: они описывают структуру экосистемы разными показателями. Эти представления помогают анализировать пищевые сети, устойчивость сообществ и последствия изменений численности видов.
Почему пирамида чисел не всегда похожа на треугольник?
Потому что на одном уровне может быть меньше организмов, чем на следующем. Например, одно дерево способно кормить множество насекомых, и основание такой пирамиды будет уже следующего уровня.
Как один продуцент может прокормить множество консументов?
Крупный продуцент содержит много органического вещества и может долго служить пищей или местом питания. Поэтому одно дерево, например, способно поддерживать множество насекомых, хотя в подсчёте оно остаётся одним организмом.
Чем пирамида чисел отличается от пирамиды биомассы?
Пирамида чисел сравнивает количество организмов на каждом трофическом уровне. Пирамида биомассы сравнивает их суммарную массу, поэтому один крупный организм может перевесить множество мелких.
Можно ли по пирамиде чисел определить, сколько энергии получают консументы?
Нет, количество организмов не показывает запас энергии и её передачу между уровнями. Для оценки энергетических потоков используют пирамиду энергии.
Почему при сравнении численности важно учитывать площадь участка?
На большем участке обычно можно обнаружить больше организмов, поэтому сравнение без учёта площади будет некорректным. Нужно подсчитывать уровни на одной территории или приводить данные к одинаковой площади.
§ 35. Экологические пирамиды чисел
