"Экология (базовый уровень)", Чернова Н.М, Галушин В.М., Константинов В.М.
Пищевые отношения связывают организмы в цепи и обеспечивают передачу вещества и энергии между ними. Положение организма в такой цепи называют трофическим уровнем: от продуцентов энергия переходит к консументам, а вещества после разложения возвращаются в круговорот. При каждом переходе большая часть энергии расходуется или рассеивается, поэтому обычно дальше передаётся лишь небольшая доля. Это объясняет правило 10%, ограниченную длину цепей и форму экологических пирамид.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Трофический уровень — положение организма в пищевой цепи, которое определяется тем, откуда он получает пищу. Продуценты, например растения и водоросли, образуют органические вещества; консументы питаются готовыми органическими веществами; редуценты разлагают остатки организмов. Это понятие помогает проследить, через какие звенья проходят вещество и энергия.
Правило 10% — закономерность, по которой в среднем около одной десятой энергии одного трофического уровня переходит на следующий. Остальная энергия расходуется организмами или рассеивается. Правило используют для приблизительной оценки энергетических запасов и сравнения цепей, но не как точный закон для каждого случая.
Экологическая пирамида — графическое представление соотношения организмов, их биомассы или энергии на разных трофических уровнях. Её основание соответствует нижнему уровню цепи, а последующие ступени показывают следующие уровни. Пирамида позволяет наглядно сравнить разные показатели, не смешивая их друг с другом.
Экологическая эффективность — доля энергии или вещества, переданная от одного трофического уровня следующему. Её можно выражать в процентах: переданную величину сравнивают с величиной на предыдущем уровне. Понятие помогает выяснить, насколько эффективно организмы используют ресурс и почему часть его не достаётся следующему звену.
Энергия попадает в большинство пищевых цепей благодаря продуцентам: растения и водоросли используют свет для создания органических веществ. Консументы получают эту энергию, поедая продуцентов или других консументов. При этом организм не превращает всю пищу в новую биомассу: часть веществ не усваивается, а усвоенная энергия тратится на дыхание, движение, поддержание температуры и другие процессы. Поэтому при переходе к следующему уровню значительная доля энергии рассеивается в виде тепла.
Правило 10% описывает средний результат таких потерь: к следующему уровню обычно переходит лишь небольшая часть энергии. Если применить эту оценку несколько раз, количество доступной энергии быстро уменьшается: после каждого перехода остаётся примерно десятая часть предыдущего запаса. Именно поэтому длинная цепь поддерживается хуже короткой: верхним звеньям достаётся мало энергии, и её может не хватить для существования многочисленных популяций. Реальная доля передачи меняется в зависимости от организмов и условий экосистемы.
Пирамида энергии строится по количеству энергии, поступающей на каждый трофический уровень за определённое время. Например, можно сравнивать энергию, полученную организмами за год, а не только их запас в один момент. У основания обычно располагают продуцентов, а выше — потребителей. Поскольку на каждом переходе энергия расходуется и рассеивается, для последующих уровней остаётся меньше; поэтому основание такой пирамиды обычно шире вершины.
Пирамида биомассы показывает общую массу организмов на каждом уровне, а пирамида чисел — количество особей. Эти показатели не равны потоку энергии: один организм может быть очень крупным, а множество мелких особей — иметь небольшую суммарную массу. Поэтому пирамиды чисел и биомассы иногда бывают перевёрнутыми или имеют другую форму. Например, одно дерево может кормить множество насекомых, хотя в пирамиде энергии поток всё равно убывает при переходе к верхним уровням.
Положение человека в пищевой цепи влияет на то, какая доля энергии исходных продуцентов может быть использована для питания. Если человек ест растения, между ним и продуцентами меньше переходов, чем при питании животными, которые сами питались другими животными. На каждом дополнительном переходе часть энергии расходуется, поэтому на верхних уровнях её остаётся меньше. Это объясняет, почему растительная пища обычно позволяет использовать исходную энергию эффективнее, хотя конкретный результат зависит от продукта и условий его получения.
| Характеристика | Пирамида чисел | Пирамида биомассы | Пирамида энергии |
|---|---|---|---|
| Что показывает | Количество организмов на каждом уровне | Общую массу организмов на каждом уровне | Энергию, поступающую на каждый уровень за время |
| Единицы измерения | Число особей, иногда особей на единицу площади | Масса, например г/м² | Энергия за время и площадь, например кДж/(м² · год) |
| Что откладывают по трофическим уровням | Число особей | Суммарную массу организмов | Поступление энергии за выбранный промежуток времени |
| Типичная форма | Чаще сужается к вершине, но может быть перевёрнутой | Чаще сужается к вершине, но возможны исключения | Обычно сужается к вершине |
| Возможные исключения и ограничения | Один крупный продуцент может поддерживать множество мелких консументов | В некоторых водных экосистемах биомасса продуцентов в данный момент меньше биомассы консументов | Нужно учитывать поступление энергии за время; форма не переворачивается при корректном учёте потока |
Сначала определите, какой именно показатель требуется сравнить: число организмов, их массу или поток энергии. Затем проследите, что отложено на каждой ступени, и не делайте вывод о количестве энергии только по числу особей или биомассе. При анализе формы учитывайте, что исключения возможны для пирамид чисел и биомассы.
На первом трофическом уровне запасено 20 000 кДж энергии. Нужно оценить, сколько может перейти на второй уровень. В задаче дан один переход, поэтому применяем правило 10% один раз, а полученный результат считаем приблизительным.
Ответ: на второй уровень может перейти примерно 2 000 кДж энергии. Это оценка, а не точное значение для любой экосистемы.
В цепи «трава → кузнечик → лягушка» растения накопили 12 000 кДж. Требуется оценить запас энергии у лягушек. От травы к кузнечику и затем от кузнечика к лягушке происходят два перехода, поэтому правило применяем дважды, а не один раз по числу уровней цепи.
Ответ: у лягушек может накопиться примерно 120 кДж. В цепи три трофических уровня, но между первым и третьим уровнями только два перехода.
Для цепи «водоросли → зоопланктон → мелкая рыба → крупная рыба» запас водорослей равен 50 000 кДж. Нужно оценить энергию на каждом уровне. Здесь три перехода: от водорослей к зоопланктону, от зоопланктона к мелкой рыбе и от мелкой рыбы к крупной.
Ответ: примерная пирамида энергии снизу вверх — 50 000, 5 000, 500 и 50 кДж. Значения нельзя считать точными: правило 10% описывает среднюю передачу, а реальная эффективность каждого перехода может отличаться.
Ошибка — считать, что ровно 10% энергии переходит при каждом переходе. Её допускают, потому что название правила звучит как точное числовое предписание, хотя это средняя оценка. Проверьте себя: в решении стоит писать «примерно» и помнить, что доля зависит от организмов и условий.
Ошибка — путать пирамиды энергии, биомассы и чисел, будто они показывают одно и то же. Это происходит потому, что все три изображения делят на трофические уровни. Проверьте подписи и единицы: количество особей, масса и энергия за время — разные показатели, поэтому форма пирамид может различаться.
Ошибка — считать первый трофический уровень уже состоявшимся переходом энергии. Обычно так происходит, когда ученик считает уровни, а не промежутки между ними. Проверьте цепь стрелками: при четырёх уровнях от первого до последнего три перехода, и правило 10% применяют трижды.
Ошибка — утверждать, что вещество исчезает при передаче по пищевой цепи. Её причина — смешение судьбы вещества и энергии: энергия рассеивается, а атомы веществ остаются в природе. Проверьте формулировку: вещество преобразуется и после разложения может снова использоваться организмами, тогда как поток энергии не замыкается в такой же круговорот.
Для понимания пищевых отношений нужно различать продуцентов, консументов и редуцентов, а также уметь читать пищевые цепи: стрелка показывает направление передачи вещества и энергии. Тема опирается на представления о потоке энергии и круговороте веществ в экосистеме. Трофические уровни и экологические пирамиды пригодятся при изучении устойчивости экосистем и последствий воздействия человека на пищевые цепи.
Почему при переходе между трофическими уровнями теряется энергия?
Организмы используют полученную энергию для дыхания, движения, роста и других процессов жизнедеятельности. Значительная её часть рассеивается в виде тепла, а не становится пищей для организмов следующего уровня.
Всегда ли к следующему уровню переходит ровно 10% энергии?
Нет, 10% — средняя оценка, а не неизменная величина. Доля передачи зависит от организмов, условий среды и особенностей пищевой цепи.
Чем пирамида энергии отличается от пирамиды биомассы?
Пирамида энергии показывает, сколько энергии поступает на каждый трофический уровень за определённое время. Пирамида биомассы отражает общую массу организмов на уровнях, поэтому их формы и смысл различаются.
Почему пищевые цепи обычно не бывают очень длинными?
При каждом переходе большая часть энергии расходуется или рассеивается. Поэтому на верхних уровнях остаётся всё меньше энергии, и её обычно недостаточно для поддержания множества следующих уровней.
Может ли пирамида чисел быть перевёрнутой?
Да. Например, одно крупное дерево может служить источником пищи для множества насекомых, поэтому организмов-продуцентов окажется меньше, чем консументов первого порядка. Такая форма не противоречит пирамиде энергии: она показывает количество организмов, а не поток энергии.
§ 9. Законы и следствия пищевых отношений*
