"Экология. Учебник для 10-11 классов", Под ред. Черновой Н.М.
Пищевые отношения показывают, кто кем питается и как энергия проходит через экосистему. По источнику пищи организм относят к определённому трофическому уровню: от продуцентов до консументов. На каждом переходе доступной энергии становится меньше, поэтому обычно сокращаются возможные биомасса и число организмов. Экологические пирамиды помогают сравнить уровни по численности, массе или энергии и понять, почему верхние звенья цепи не могут быть многочисленными.
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, определяемое тем, откуда он получает пищу. Продуценты, например растения, создают органические вещества; консументы питаются готовыми органическими веществами; редуценты разлагают остатки организмов. Понятие помогает проследить, как связаны организмы и на каком этапе цепи находится каждый из них.
Правило экологической пирамиды — закономерность, согласно которой при переходе к следующему трофическому уровню обычно уменьшается показатель, который сравнивают. Это может быть число организмов, их суммарная биомасса или количество доступной энергии. Правило позволяет оценить соотношение уровней, но не означает, что все три показателя всегда меняются одинаково.
Правило 10 процентов — примерная доля энергии, которая переходит от одного трофического уровня к следующему. Это среднее ориентировочное значение, а не точная константа для каждой цепи. Оно нужно для приблизительных расчётов и помогает оценить, почему длинные цепи обычно имеют мало уровней.
Экологическая пирамида — графическое представление соотношения организмов, биомассы или энергии на разных трофических уровнях. Каждый ярус соответствует одному уровню, а его ширина показывает выбранный показатель. По такой схеме удобно сравнивать уровни и замечать, как меняется структура пищевых отношений.
Пищевые связи объединяют организмы в цепи, а пересекающиеся цепи образуют пищевую сеть. Одни и те же виды могут быть связаны сразу с несколькими источниками пищи, поэтому сеть точнее отражает жизнь сообщества. Чтобы определить трофический уровень, прослеживают, чем питается организм: сначала находят источник его пищи, затем устанавливают место этого источника в цепи. Значит, уровень определяется не размером и не названием вида, а его ролью в конкретной пищевой связи.
Главный источник энергии для большинства экосистем — Солнце. Продуценты улавливают солнечную энергию и используют её при образовании органических веществ, в которых энергия запасается. Когда консумент поедает продуцента или другого консумента, часть этой энергии становится доступна ему. Так энергия движется по цепи вместе с пищей, но не возвращается к началу по замкнутому кругу.
Передаётся лишь часть энергии, потому что организм использует пищу не только для создания собственной биомассы. Энергия расходуется на дыхание, движение, поддержание работы тела и другие процессы, а при обмене веществ рассеивается в виде тепла. Кроме того, не вся пища съедается и усваивается. Поэтому правило 10 процентов служит удобным приближением: оно показывает общий масштаб потерь, но реальная доля меняется в зависимости от организмов и условий.
Если на верхний уровень поступает меньше энергии, он может поддерживать меньшую биомассу организмов и обычно меньшее их число. Это ограничивает количество звеньев в пищевых цепях и объясняет, почему крупных хищников в экосистеме обычно меньше, чем их добычи. Однако число организмов и их масса зависят также от размеров особей и скорости обновления поколений. Поэтому уменьшение энергии не означает, что численность и биомасса всегда убывают строго одинаково.
Пирамида энергии всегда сужается кверху, поскольку при каждом переходе часть энергии теряется и её запас на следующем уровне меньше. Пирамиды чисел и биомассы могут выглядеть иначе: например, одно дерево способно обеспечивать пищей множество насекомых. В водной экосистеме биомасса фитопланктона в конкретный момент может быть меньше биомассы зоопланктона, поскольку фитопланктон быстро размножается и так же быстро поедается. Значит, форма пирамиды зависит и от того, какой показатель выбран, и от особенностей экосистемы.
| Вид пирамиды | Что показывает | Единицы или способ выражения | Обычная форма и возможные исключения |
|---|---|---|---|
| Чисел | Количество организмов на каждом трофическом уровне | Число особей | Обычно сужается кверху, но может быть перевёрнутой, например при большом числе насекомых на одном дереве |
| Биомассы | Суммарную массу организмов на каждом трофическом уровне | Масса на площадь или объём, например г/м² | Обычно сужается кверху; в отдельных экосистемах может иметь необычную или перевёрнутую форму |
| Энергии | Количество энергии, передаваемой или запасённой на каждом трофическом уровне | Энергия на площадь за время, например кДж/(м²·год) | Всегда сужается кверху, поскольку при переходе часть энергии расходуется и рассеивается |
| Изменение формы чисел или биомассы | Различие в количестве организмов или их массе на соседних уровнях | Зависит от того, что сравнивается: особи или масса | Зависит от размеров организмов, темпа размножения и обновления биомассы |
| Особенность пирамиды энергии | Уменьшение показателя при переходе к следующему уровню | Сопоставимые значения энергии за одинаковый период и на одинаковой площади | Каждый следующий уровень содержит меньше доступной энергии |
При чтении таблицы сначала проверьте, какой именно показатель отражает пирамида: число особей, массу или энергию. Затем сравните соседние уровни и учитывайте указанные единицы, чтобы не сопоставлять разные величины. Необычная форма пирамиды чисел или биомассы сама по себе не противоречит уменьшению потока энергии.
В цепи «трава — заяц — лисица» на первом уровне запасено 8000 кДж энергии. Нужно оценить, сколько энергии может перейти к зайцам и лисицам. Последовательно применим приближённое правило 10 процентов. Полученные значения следует считать оценкой, а не точным прогнозом.
Ответ: зайцам может перейти около 800 кДж, а лисицам — около 80 кДж. Расчёт показывает последовательное уменьшение доступной энергии на каждом переходе. В реальной экосистеме доли могут отличаться от условных 10 процентов.
Дана цепь «фитопланктон — зоопланктон — мелкая рыба — крупная рыба», а запас энергии фитопланктона равен 20 000 кДж. Требуется найти ожидаемые значения для остальных уровней. Каждый раз берём примерно десятую часть энергии предыдущего уровня. Так получаем условную пирамиду энергии для четырёх последовательных уровней.
Ответ: ожидаемые значения составляют 20 000 кДж у фитопланктона, 2000 кДж у зоопланктона, 200 кДж у мелкой рыбы и 20 кДж у крупной рыбы. Каждый следующий ярус уже предыдущего, поэтому пирамида энергии сужается кверху. Это расчётная модель, а реальные потоки энергии зависят от условий и организмов.
Для поддержания 5 кг хищника дана цепь «растения — травоядные — хищник». Нужно оценить необходимую биомассу растений, двигаясь от верхнего уровня к нижнему. На каждом переходе к следующему уровню передаётся около 10 процентов биомассы как приближение к передаче вещества и энергии. Такая оценка условна: правило 10 процентов относится прежде всего к энергии, а реальная доля биомассы зависит от условий.
Ответ: по упрощённой оценке необходимо около 500 кг растений. Мы дважды делили на 0,1, потому что в цепи два перехода: от растений к травоядным и от травоядных к хищнику. Это не точная потребность экосистемы: организмы усваивают пищу по-разному, а биомасса зависит от скорости роста и других факторов.
Считать, что ровно 10 процентов передаётся в любой цепи, — ошибка: правило задаёт среднее приближение, а не обязательную долю. Так думают, потому что для учебных расчётов удобно пользоваться одним числом. Проверяйте себя вопросом: указано ли в условии, что расчёт условный, и не выдаёте ли вы оценку за точное измерение?
Путать пирамиды чисел, биомассы и энергии — значит смешивать разные показатели. Это легко сделать, если смотреть только на ширину ярусов и не читать подписи. Перед сравнением выясните, что именно считают: особей, массу или энергию, и проверьте единицы измерения.
Представлять энергию как вещество, которое возвращается по кругу, неверно. Путаница возникает потому, что энергия передаётся вместе с пищей, а вещества действительно участвуют в круговоротах. Проверьте себя: вещества могут вновь использоваться, тогда как энергия проходит через экосистему и рассеивается в виде тепла.
Определять трофический уровень только по названию или размеру организма нельзя. Ошибка возникает, если забыть, что один вид может питаться разной пищей в разных цепях. Чтобы проверить уровень, проследите конкретную пищевую связь и установите, откуда организм получает пищу.
Для понимания пищевых отношений нужны понятия пищевой цепи, продуцента, консумента и редуцента. Тема опирается на представление о потоке энергии и круговороте веществ: эти процессы связаны в экосистеме, но не тождественны. Знание трофических уровней помогает объяснять устойчивость экосистем, устройство пищевых сетей и последствия изменения численности видов. Например, сокращение одного вида может повлиять на несколько связанных с ним цепей.
Почему до следующего трофического уровня доходит так мало энергии?
Организм тратит большую часть полученной энергии на дыхание, движение, рост и другие процессы жизнедеятельности. Часть пищи не усваивается, а энергия при обмене рассеивается в виде тепла. Поэтому следующему уровню доступна лишь часть энергии.
Всегда ли при переходе по пищевой цепи передаётся ровно 10 процентов энергии?
Нет, 10 процентов — это приблизительная средняя оценка, а не постоянная величина. Доля зависит от видов организмов, условий среды и того, насколько полно пища усваивается. В конкретной цепи передача может быть как меньше, так и больше.
Чем пирамида энергии отличается от пирамиды биомассы?
Пирамида энергии показывает количество энергии на трофических уровнях за определённое время или её запас. Пирамида биомассы сравнивает суммарную массу организмов на каждом уровне. В отличие от пирамиды биомассы, пирамида энергии всегда сужается кверху.
Почему пирамида чисел иногда бывает перевёрнутой?
На одном крупном продуценте, например дереве, могут жить и питаться многие мелкие консументы. Тогда организмов на уровне консументов оказывается больше, чем на уровне продуцентов. Это не означает, что энергии на верхнем уровне больше.
Как определить трофический уровень всеядного организма?
Нужно учитывать, чем именно организм питается в рассматриваемой цепи или пищевой сети. Если он ест пищу разных уровней, его положение может соответствовать нескольким трофическим уровням. Поэтому одного названия вида для определения уровня недостаточно.
§ 9. Законы и следствия пищевых отношений
