§ 42. Экологические пирамиды

Определения и обозначения

Экологическая пирамида — графическое отображение соотношения между трофическими уровнями экосистемы по численности, биомассе или запасу энергии. Трофический уровень — положение организма в пищевой цепи. Такая схема нужна, чтобы наглядно сравнить роль и величину разных уровней.

Пирамида чисел — экологическая пирамида, показывающая количество организмов на каждом трофическом уровне. Ширина её яруса связана именно с числом особей, а не с их размером. Она помогает увидеть, сколько организмов одного уровня поддерживается организмами предыдущего.

Пирамида биомассы — экологическая пирамида, показывающая суммарную массу организмов каждого трофического уровня. Биомасса учитывает массу всех особей, поэтому две небольшие особи и одно крупное дерево не дают одинаковый результат. Этот вид схемы позволяет сравнивать запас живого вещества в уровнях.

Пирамида энергии — экологическая пирамида, показывающая количество энергии, передаваемой через трофические уровни за определённое время. Её ярусы выражают энергетический запас или поток энергии. Она нужна для оценки того, сколько энергии доступно организмам на разных ступенях цепи.

Как это устроено

Пирамиду строят по пищевой цепи, потому что именно цепь показывает порядок передачи вещества и энергии. В основании располагают продуцентов — растения и другие организмы, создающие органические вещества. Выше находятся консументы последующих порядков: каждый ярус соответствует способу получения пищи и отдельному трофическому уровню.

В пирамиде чисел ширина яруса отражает количество особей. Форма может быть необычной, если размеры организмов сильно различаются: одно дерево способно прокормить множество насекомых. Поэтому у основания иногда оказывается меньше организмов, чем на следующем уровне, хотя дерево остаётся началом цепи.

Пирамида биомассы на суше обычно сужается кверху, поскольку масса растений-продуцентов чаще всего больше массы питающихся ими животных. В водоёмах ситуация может измениться из-за быстрого размножения фитопланктона. Его запас в каждый момент невелик, но он быстро восполняется и успевает поддерживать более крупную биомассу потребителей.

Пирамида энергии всегда сужается кверху, потому что организм использует полученную энергию не только на рост. Она расходуется на движение, дыхание, поддержание температуры и другие процессы, а часть рассеивается в виде тепла. Поэтому до следующего трофического уровня доходит лишь доля исходной энергии.

Экологические пирамиды позволяют сравнивать трофические уровни не только по отдельности, но и как единую систему. По ним можно оценить, сколько организмов высокого порядка способна поддерживать экосистема. Они также помогают понять, почему длинные пищевые цепи встречаются редко: доступной энергии на верхних уровнях становится всё меньше.

Сравнение экологических пирамид

Сначала определите, какой показатель задан в условии, а затем выбирайте вид пирамиды. Ширину яруса сравнивают только с ярусами той же пирамиды и в одинаковых единицах. По последнему столбцу можно быстро проверить, допустима ли перевёрнутая форма.

Разбор задач

Задача 1. В пищевой цепи «трава — кузнечик — лягушка» указано количество организмов на каждом уровне. Нужно определить, что обозначает ширина ярусов. Здесь не требуется складывать массу или вычислять энергию, потому что в условии говорится о количестве особей.

1. Записываем уровни цепи по порядку: трава — продуцент, кузнечик — консумент первого порядка, лягушка — консумент второго порядка.
2. Выбираем пирамиду чисел, поскольку сравнивается численность организмов.
3. Связываем каждый ярус с данными: ширина основания показывает число растений, следующий ярус — число кузнечиков, верхний — число лягушек.

Ответ: ширина каждого яруса отражает количество организмов на соответствующем трофическом уровне.

Задача 2. Биомасса продуцентов равна 800 кг, а биомасса консументов первого порядка — 80 кг. Требуется построить фрагмент пирамиды и сравнить показатели. Так как речь идёт о массе, используется пирамида биомассы.

1. Внизу помещаем продуцентов и подписываем их значение: 800 кг.
2. Выше располагаем консументов первого порядка со значением 80 кг.
3. Находим отношение: 800 : 80 = 10. Значит, биомасса продуцентов в десять раз больше биомассы консументов.

Ответ: нижний ярус — 800 кг, верхний — 80 кг; показатели различаются в 10 раз.

Задача 3. Продуценты запасают 20 000 кДж энергии. По условному правилу на следующий уровень переходит примерно одна десятая энергии. Нужно последовательно найти энергию консументов первого и второго порядков.

1. Для консументов первого порядка делим исходное значение на 10: 20 000 : 10 = 2 000 кДж.
2. Для консументов второго порядка ещё раз делим полученное значение на 10: 2 000 : 10 = 200 кДж.
3. Проверяем порядок величин: каждый следующий ярус в десять раз меньше предыдущего, поэтому пирамида сужается вверх.

Ответ: консументы первого порядка получают около 2 000 кДж, второго порядка — около 200 кДж.

Типичные ошибки

Считать пирамиду чисел пирамидой биомассы — значит путать количество особей с их суммарной массой. Ошибку допускают, когда не обращают внимания на формулировку условия. Проверьте себя: спросите, считают ли здесь организмы или килограммы живого вещества.

Иногда считают, что любая пирамида обязана иметь широкое основание. Но пирамиды чисел и биомассы могут переворачиваться, например при цепи с одним деревом или в водоёме. Проверьте форму по данным, а не по привычному рисунку.

Правило десяти процентов нельзя считать точным для каждой цепи. Реальная передача зависит от организмов и условий среды, поэтому результат является оценкой. В решении используйте слова «примерно» или «около», если это допускает условие.

Нельзя строить ярусы только по размеру организмов. Трофический уровень определяется пищевыми связями и способом получения пищи. Проверьте себя: восстановите цепь и выясните, кого именно организм поедает или кто получает от него энергию.

Связь с другими темами

Для понимания пирамид нужны знания о пищевой цепи, продуцентах, консументах и трофических уровнях. Эти понятия показывают, кто занимает каждый ярус и откуда получает пищу.

Передача вещества и энергии связывает тему с экосистемами, пищевыми сетями и устойчивостью природных сообществ. Изменение одного уровня может повлиять на численность организмов выше и ниже него.

Пирамиды объясняют, почему пищевые цепи обычно не бывают очень длинными. Они также помогают оценить последствия исчезновения вида или резкого изменения его численности.

Что запомнить

• Каждый ярус экологической пирамиды соответствует трофическому уровню.
• Пирамида чисел отражает количество организмов.
• Пирамида биомассы отражает суммарную массу организмов.
• Пирамида энергии показывает передачу энергии за определённое время.
• Пирамида энергии всегда сужается кверху.
• Пирамиды чисел и биомассы могут быть перевёрнутыми.
• При переходе энергии на следующий уровень передаётся лишь её часть.