ساختار تغذیه‌ای یک بیوسنوز معمولاً توسط مدل‌های گرافیکی به شکل هرم‌های اکولوژیکی نمایش داده می‌شود. چنین مدل هایی در سال 1927 توسط جانورشناس انگلیسی سی التون ساخته شد.

اهرام زیست محیطی- اینها مدلهای گرافیکی (معمولاً به شکل مثلث) هستند که تعداد افراد (هرم اعداد)، مقدار زیست توده آنها (هرم زیست توده) یا انرژی موجود در آنها (هرم انرژی) را در هر سطح تغذیه ای و نشان دهنده کاهش همه شاخص ها با افزایش سطح تغذیه است.

سه نوع اهرام زیست محیطی وجود دارد.

هرم اعداد

هرم اعداد(فراوانی) تعداد موجودات منفرد را در هر سطح نشان می دهد. در اکولوژی، هرم جمعیت به ندرت استفاده می شود، زیرا به دلیل مقدار زیادافراد در هر سطح تغذیه ای، نمایش ساختار بیوسنوز در همان مقیاس بسیار دشوار است.

برای درک اینکه هرم اعداد چیست، بیایید مثالی بزنیم. فرض کنید در قاعده هرم 1000 تن علف وجود دارد که جرم آن صدها میلیون تیغه علف جداگانه است. این پوشش گیاهی می تواند 27 میلیون ملخ را تغذیه کند که به نوبه خود توسط حدود 90 هزار قورباغه قابل خوردن است. خود قورباغه ها می توانند به عنوان غذا برای 300 قزل آلا در حوضچه استفاده کنند. و این مقدار ماهی است که یک نفر در یک سال می تواند بخورد! بنابراین، در پایه هرم چند صد میلیون تیغه چمن وجود دارد و در بالای آن یک نفر وجود دارد. این از دست دادن واضح ماده و انرژی در طول انتقال از یک سطح تغذیه ای به سطح دیگر است.

گاهی اوقات استثناهایی در قاعده هرم وجود دارد و پس از آن باید با آن مقابله کنیم هرم معکوس اعداداین را می توان در جنگل مشاهده کرد، جایی که حشرات روی یک درخت زندگی می کنند، که پرندگان حشره خوار از آن تغذیه می کنند. بنابراین تعداد تولیدکنندگان کمتر از مصرف کنندگان است.

هرم زیست توده

هرم زیست توده -نسبت بین تولیدکنندگان و مصرف کنندگان که بر حسب جرم آنها (وزن خشک کل، محتوای انرژی یا سایر معیارهای کل ماده زنده) بیان می شود. به طور معمول، در بیوسنوزهای زمینی، وزن کل تولیدکنندگان بیشتر از وزن مصرف کنندگان است. به نوبه خود، وزن کل مصرف کنندگان مرتبه اول بیشتر از مصرف کنندگان درجه دوم و غیره است. اگر اندازه موجودات خیلی زیاد نباشد، نمودار معمولاً یک هرم پلکانی با بالای باریک‌تر را تشکیل می‌دهد.

بوم شناس آمریکایی، آر. ریکلفس، ساختار هرم زیست توده را اینگونه توضیح داد: «در اکثر جوامع زمینی، هرم زیست توده مشابه هرم بهره وری است. اگر همه موجودات زنده در یک علفزار را جمع آوری کنید، وزن گیاهان بسیار بیشتر از وزن تمام ارتوپترها و ونگلانی است که از این گیاهان تغذیه می کنند. وزن این حیوانات گیاهخوار به نوبه خود بیشتر از وزن پرندگان و گربه ها خواهد بود که سطح گوشتخواران اولیه را تشکیل می دهند و این دومی ها نیز از نظر وزن از شکارچیانی که از آنها تغذیه می کنند در صورت وجود تجاوز می کنند. وزن یک شیر بسیار زیاد است، اما شیرها به قدری کمیاب هستند که وزن آنها، که بر حسب گرم در هر متر مربع بیان می شود، ناچیز است.

همانطور که در مورد اهرام اعداد، شما می توانید به اصطلاح هرم معکوس (معکوس) زیست توده، هنگامی که زیست توده تولید کنندگان کمتر از مصرف کنندگان و گاهی تجزیه کننده ها است و در پایه هرم نه گیاهان، بلکه حیوانات وجود دارد. این به طور عمده در مورد اکوسیستم های آبی صدق می کند. به عنوان مثال، در اقیانوس، با بهره وری نسبتاً بالایی از فیتوپلانکتون، جرم کل آن در یک لحظه معین ممکن است کمتر از جرم زئوپلانکتون و مصرف کننده نهایی (نهنگ ها، ماهی های بزرگ، صدف ها) باشد.

هرم انرژی

هرم انرژیمیزان جریان انرژی، سرعت عبور توده مواد غذایی از زنجیره غذایی را منعکس می کند. ساختار بیوسنوز تا حد زیادی تحت تأثیر مقدار انرژی ثابت نیست، بلکه از میزان تولید غذا است.

همه اهرام زیست محیطی بر اساس یک قانون ساخته شده اند، یعنی: در پایه هر هرم گیاهان سبز وجود دارد، و هنگام ساخت هرم، کاهش طبیعی از پایه آن به بالا در تعداد افراد (هرم اعداد)، زیست توده آنها کاهش می یابد. (هرم زیست توده) و انرژی عبوری از قیمت مواد غذایی در نظر گرفته شده است (هرم انرژی).

در سال 1942، بوم شناس آمریکایی آر. لیندمن فرموله کرد قانون هرم انرژیکه بر اساس آن به طور متوسط ​​حدود 10 درصد از انرژی دریافتی در سطح قبلی هرم اکولوژیکی از طریق قیمت مواد غذایی از یک سطح تغذیه ای به سطح دیگر منتقل می شود. بقیه انرژی صرف پشتیبانی از فرآیندهای حیاتی می شود. در نتیجه فرآیندهای متابولیک، موجودات زنده حدود 90٪ از کل انرژی را در هر حلقه از زنجیره غذایی از دست می دهند. بنابراین برای به دست آوردن مثلاً 1 کیلوگرم سوف، تقریباً 10 کیلوگرم بچه ماهی، 100 کیلوگرم زئوپلانکتون و 1000 کیلوگرم فیتوپلانکتون باید مصرف شود.

الگوی کلی فرآیند انتقال انرژی به شرح زیر است: انرژی به میزان قابل توجهی از سطوح تروفیک بالایی نسبت به سطوح پایین تر عبور می کند. به همین دلیل است که حیوانات درنده بزرگ همیشه نادر هستند و هیچ شکاری وجود ندارد که مثلاً از گرگ تغذیه کند. در این صورت، آنها به سادگی نمی توانند خود را تغذیه کنند، زیرا تعداد گرگ ها بسیار کم است.

قانون لیندمان (10%)

جریان عبوری انرژی که از سطوح تغذیه‌ای بیوسنوز عبور می‌کند، به تدریج خاموش می‌شود. در سال 1942، R. Lindeman قانون هرم انرژی ها یا قانون (قاعده) 10٪ را تدوین کرد که بر اساس آن از یک سطح تغذیه ای هرم زیست محیطی به سطح دیگر و بالاتر (در امتداد "نردبان": تولید کننده حرکت می کند. - مصرف کننده - تجزیه کننده) به طور متوسط ​​حدود 10 درصد از انرژی دریافتی در سطح قبلی هرم اکولوژیکی. جریان معکوس مرتبط با مصرف مواد و انرژی تولید شده توسط سطح بالایی هرم زیست محیطی توسط سطوح پایین تر آن، به عنوان مثال، از حیوانات به گیاهان، بسیار ضعیف تر است - بیش از 0.5٪ (حتی 0.25٪) از کل آن نیست. جریان، و بنابراین می توان گفت نیازی به صحبت در مورد چرخه انرژی در بیوسنوز نیست.

اگر انرژی در طول انتقال به سطح بالاتر هرم زیست محیطی ده برابر شود، تجمع تعدادی از مواد، از جمله مواد سمی و رادیواکتیو، تقریباً به همان نسبت افزایش می یابد. این واقعیت در قاعده افزایش بیولوژیکی ثابت شده است. برای همه سانوزها صادق است. در بیوسنوزهای آبی، تجمع بسیاری از مواد سمی، از جمله آفت‌کش‌های ارگانکلر، با توده چربی‌ها (لیپیدها) مرتبط است. به وضوح دارای یک پایه انرژی است.

اهرام زیست محیطی

برای تجسم روابط بین موجودات انواع مختلفدر یک بیوسنوز، مرسوم است که از اهرام اکولوژیکی استفاده شود که هرم های اعداد، زیست توده و انرژی را متمایز می کند.

در میان اهرام زیست محیطی، معروف ترین و پرکاربردترین آنها عبارتند از:

§ هرم اعداد

§ هرم زیست توده

هرم اعداد. برای ساختن یک هرم جمعیت، تعداد موجودات موجود در یک قلمرو خاص شمارش می شود و آنها را بر اساس سطوح تغذیه ای گروه بندی می کنند:

§ تولید کنندگان - گیاهان سبز؛

§ مصرف کنندگان اولیه گیاهخواران هستند.

§ مصرف کنندگان ثانویه - گوشتخواران؛

§ مصرف کنندگان درجه سوم - گوشتخواران؛

§ مصرف کنندگان ga-e ("شکارچیان نهایی") - گوشتخواران.

§ تجزیه کننده ها - تخریب کننده ها.

هر سطح به طور معمول به عنوان یک مستطیل به تصویر کشیده می شود که طول یا مساحت آن با مقدار عددی تعداد افراد مطابقت دارد. با چیدمان این مستطیل ها در یک دنباله فرعی، یک هرم اکولوژیکی از اعداد را به دست می آوریم (شکل 3)، که اصل اساسی آن برای اولین بار توسط بوم شناس آمریکایی C. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Textbook فرموله شد. برای دانشگاه ها / N. I. Nikolaikin، N. E. Nikolaikina، O. P. Melekhova. - ویرایش سوم، کلیشه. - M.: Bustard، 2004..

برنج. 3. هرم جمعیت اکولوژیکی برای یک علفزار پر از غلات: اعداد - تعداد افراد

داده‌های مربوط به اهرام جمعیت به راحتی با جمع‌آوری نمونه مستقیم به دست می‌آیند، اما برخی مشکلات وجود دارد:

§ تولیدکنندگان از نظر اندازه بسیار متفاوت هستند، اگرچه یک نمونه از علف یا جلبک وضعیتی مشابه یک درخت دارد. این گاهی اوقات شکل صحیح هرمی را نقض می کند، گاهی اوقات حتی اهرام معکوس می دهد (شکل 4).

برنج.

§ گستره تعداد گونه های مختلف به قدری وسیع است که حفظ مقیاس هنگام تصویربرداری گرافیکی را دشوار می کند، اما در چنین مواردی می توان از مقیاس لگاریتمی استفاده کرد.

هرم زیست توده. هرم زیست توده زیست توده مشابه هرم اعداد ساخته شده است. معنای اصلی آن نشان دادن مقدار ماده زنده (زیست توده - جرم کل موجودات) در هر سطح تغذیه است. این امر از ناراحتی های معمول اهرام جمعیت جلوگیری می کند. در این مورد، اندازه مستطیل ها متناسب با جرم ماده زنده سطح مربوطه، در واحد سطح یا حجم است (شکل 5، a، b) Nikolaikin N. I. Ecology: Textbook. برای دانشگاه ها / N. I. Nikolaikin، N. E. Nikolaikina، O. P. Melekhova. - ویرایش سوم، کلیشه. - M.: Bustard، 2004. اصطلاح "هرم زیست توده" به دلیل این واقعیت به وجود آمد که در اکثریت قریب به اتفاق موارد جرم مصرف کنندگان اولیه، زندگی با هزینه تولیدکنندگان به طور قابل توجهی کمتر از توده این تولیدکنندگان است و توده مصرف کنندگان ثانویه به طور قابل توجهی کمتر از توده مصرف کنندگان اولیه است. زیست توده تخریب کننده ها معمولا به طور جداگانه نشان داده می شود.

برنج. 5. اهرام زیست توده بیوسنوزهای صخره مرجانی (a) و کانال انگلیسی (b): اعداد - زیست توده بر حسب گرم ماده خشک در هر 1 متر مربع

هنگام نمونه برداری، زیست توده ایستاده یا عملکرد ایستاده (یعنی در یک نقطه زمانی معین) تعیین می شود که حاوی هیچ اطلاعاتی در مورد میزان تولید یا مصرف زیست توده نیست.

میزان ایجاد مواد آلی کل ذخایر آن را تعیین نمی کند، یعنی. زیست توده کل همه موجودات در هر سطح تغذیه ای. بنابراین، در صورت عدم توجه به موارد زیر، ممکن است در هنگام تجزیه و تحلیل بیشتر خطاهایی رخ دهد:

* اولاً، اگر میزان مصرف زیست توده (تلفات ناشی از مصرف) و سرعت تشکیل آن برابر باشد، محصول ایستاده نشان دهنده بهره وری نیست، یعنی. در مورد مقدار انرژی و ماده ای که در یک دوره زمانی معین (مثلاً یک سال) از یک سطح تغذیه ای به سطح دیگر، بالاتر حرکت می کند. بنابراین، در یک مرتع حاصلخیز، که به شدت مورد استفاده قرار می گیرد، عملکرد علف های ایستاده ممکن است کمتر باشد، اما بهره وری ممکن است بیشتر از یک مرتع کمتر حاصلخیز، اما کمی برای چرا استفاده شود.

* ثانیاً، تولیدکنندگان کوچک مانند جلبک ها با نرخ بالای رشد و تولیدمثل مشخص می شوند که با مصرف شدید آنها به عنوان غذا توسط سایر موجودات و مرگ طبیعی متعادل می شود. بنابراین، بهره وری آنها ممکن است کمتر از تولیدکنندگان بزرگ (مثلاً درختان) نباشد، اگرچه زیست توده موجود ممکن است کوچک باشد. به عبارت دیگر، فیتوپلانکتون با بهره وری مشابه یک درخت، زیست توده بسیار کمتری خواهد داشت، اگرچه می تواند از زندگی حیواناتی با همان جرم پشتیبانی کند.

یکی از پیامدهای این "اهرام معکوس" است (شکل 3، ب). زئوپلانکتون های بیوسنوز دریاچه ها و دریاها اغلب زیست توده بیشتری نسبت به غذای خود دارند - فیتوپلانکتون ها، اما سرعت تولیدمثل جلبک های سبز آنقدر زیاد است که در عرض 24 ساعت تمام زیست توده خورده شده توسط زئوپلانکتون ها را بازیابی می کنند. با این وجود، در دوره های خاصی از سال (در طول گلدهی بهار) نسبت معمول زیست توده آنها مشاهده می شود (شکل 6) Nikolaikin N.I. برای دانشگاه ها / N. I. Nikolaikin، N. E. Nikolaikina، O. P. Melekhova. - ویرایش سوم، کلیشه. - M.: Bustard، 2004..

برنج. 6. تغییرات فصلی در اهرام زیست توده دریاچه (با استفاده از مثال یکی از دریاچه های ایتالیا): اعداد - زیست توده بر حسب گرم ماده خشک در هر متر مکعب

اهرام انرژی مورد بحث در زیر فاقد ناهنجاری های ظاهری هستند.

هرم انرژی ها. اساسی ترین راه برای انعکاس ارتباطات بین ارگانیسم های سطوح مختلف تغذیه ای و سازمان عملکردی بیوسنوزها، هرم انرژی است که در آن اندازه مستطیل ها با انرژی معادل انرژی در واحد زمان متناسب است. مقدار انرژی (در واحد سطح یا حجم) که از یک سطح تغذیه ای معین در یک دوره معین عبور کرده است (شکل 7) همانجا. به پایه هرم انرژی، یک مستطیل دیگر را می توان به طور منطقی از پایین اضافه کرد که منعکس کننده جریان انرژی خورشیدی

هرم انرژی پویایی عبور توده غذا از زنجیره غذایی (تروفیک) را منعکس می کند که اساساً آن را از هرم اعداد و زیست توده متمایز می کند که استاتیک سیستم (تعداد موجودات در یک لحظه معین) را منعکس می کند. شکل این هرم تحت تأثیر تغییر اندازه و سرعت متابولیسم افراد قرار نمی گیرد. اگر همه منابع انرژی در نظر گرفته شوند، طبق قانون دوم ترمودینامیک، هرم همیشه ظاهری معمولی (به شکل یک هرم با بالا به بالا) خواهد داشت.

برنج. 7. هرم انرژی: اعداد - مقدار انرژی، kJ * m -2 * r -1

اهرام انرژی نه تنها مقایسه بیوسنوزهای مختلف، بلکه شناسایی اهمیت نسبی جمعیت‌ها در یک جامعه را ممکن می‌سازد. آنها مفیدترین سه نوع اهرام زیست محیطی هستند، اما داده های ساخت آنها دشوارترین هستند.

یکی از موفق‌ترین و واضح‌ترین نمونه‌های اهرام اکولوژیکی کلاسیک، اهرامی هستند که در شکل 2 نشان داده شده‌اند. 8 نیکولایکین N.I. اکولوژی: کتاب درسی. برای دانشگاه ها / N. I. Nikolaikin، N. E. Nikolaikina، O. P. Melekhova. - ویرایش سوم، کلیشه. - M.: Bustard، 2004. آنها بیوسنوز مشروط پیشنهاد شده توسط بوم شناس آمریکایی یو. "بیوسنوز" شامل پسری است که فقط گوشت گوساله می خورد و گوساله هایی که فقط یونجه می خورند.

برنج.

قانون 1% اکولوژی دوره سخنرانی. گردآوری شده توسط: Ph.D.، دانشیار A.I Tikhonov، 2002. نکات پاستور، مانند قانون هرم انرژی R. Lindemann، منجر به تدوین قوانین یک و ده درصدی شد. البته 1 و 10 اعداد تقریبی هستند: حدود 1 و حدود 10.

"عدد جادویی" 1% از نسبت احتمالات مصرف انرژی و "ظرفیت" مورد نیاز برای تثبیت محیط ناشی می شود. برای بیوسفر، سهم مصرف احتمالی کل تولید اولیه از 1٪ تجاوز نمی کند (که از قانون R. Lindemann به دست می آید: حدود 1٪ از خالص تولید اولیه خالص از نظر انرژی توسط مهره داران به عنوان مصرف کنندگان بالاتر مصرف می شود، حدود 10٪). توسط بی مهرگان به عنوان مصرف کنندگان ردیف های پایین تر، و قسمت باقی مانده - باکتری ها و قارچ های ساپروفاژ). به محض اینکه بشریت، در آستانه قرن های گذشته و ما، شروع به استفاده از مقدار بیشتری از محصولات زیست کره (اکنون حداقل 10٪) کرد، اصل Le Chatelier-Brown ارضا نشد (ظاهراً از حدود 0.5٪ انرژی کل زیست کره: پوشش گیاهی رشد زیست توده را مطابق با افزایش غلظت CO 2 و غیره فراهم نمی کند. (افزایش مقدار کربن ثابت شده توسط گیاهان فقط در قرن گذشته مشاهده شد).

از نظر تجربی، آستانه مصرف 5 تا 10 درصد از مقدار ماده، که منجر به تغییرات محسوس در سیستم های طبیعت در هنگام عبور از آن می شود، به اندازه کافی تشخیص داده شده است. این عمدتاً در سطح تجربی-شهودی، بدون تمایز اشکال و ماهیت کنترل در این سیستم‌ها اتخاذ شد. تقریباً می توان انتقال های نوظهور را برای سیستم های طبیعی با انواع مدیریت ارگانیسمی و کنسرسیومی از یک سو و سیستم های جمعیتی از سوی دیگر تقسیم کرد. برای اولی، مقادیر مورد علاقه ما آستانه خروج از حالت ثابت تا 1٪ از جریان انرژی ("هنجار" مصرف) و آستانه خود تخریبی - حدود 10٪ از این " است. هنجار». برای سیستم های جمعیتی، بیش از میانگین 10 درصد حجم برداشت منجر به خروج این سیستم ها از حالت ساکن می شود.

1. شبکه غذایی چیست؟

پاسخ. زنجیره غذایی (تروفیک) - مجموعه ای از گونه های گیاهان، جانوران، قارچ ها و میکروارگانیسم ها که با رابطه: غذا - مصرف کننده به یکدیگر متصل می شوند. شبکه غذایی سیستمی از روابط بین زنجیره های غذایی است.

2. چه موجوداتی تولید کننده هستند؟

پاسخ. تولید کنندگان موجوداتی هستند که قادر به سنتز مواد آلی از غیر آلی، یعنی تمام اتوتروف ها هستند. اینها عمدتاً گیاهان سبز هستند (در طول فرآیند فتوسنتز، مواد آلی را از مواد معدنی سنتز می کنند)، اما برخی از انواع باکتری های شیمیایی قادر به سنتز صرفا شیمیایی مواد آلی بدون نور خورشید هستند.

3. مصرف کنندگان چه تفاوتی با تولیدکنندگان دارند؟

سوالات بعد از بند 85

1. هرم اکولوژیکی چیست؟ چه فرآیندهایی را در جامعه منعکس می کند؟

پاسخ. کاهش مقدار انرژی در طول انتقال از یک سطح تغذیه ای به سطح دیگر (بالاتر) تعداد این سطوح و نسبت شکارچیان و طعمه ها را تعیین می کند. تخمین زده می شود که هر سطح تغذیه ای معین حدود 10٪ (یا کمی بیشتر) از انرژی سطح قبلی را دریافت می کند. بنابراین، تعداد کل سطوح تروفیک به ندرت بیش از چهار تا شش است.

این پدیده که به صورت گرافیکی به تصویر کشیده شده است، هرم اکولوژیکی نامیده می شود. هرم اعداد (افراد)، هرم زیست توده و هرم انرژی وجود دارد.

پایه هرم را تولیدکنندگان (گیاهان) تشکیل می دهند. در بالای آنها مصرف کنندگان درجه اول (گیاهخواران) قرار دارند. سطح بعدی توسط مصرف کنندگان درجه دوم (شکارچیان) نشان داده می شود. و به همین ترتیب تا بالای هرم که توسط بزرگترین شکارچیان اشغال شده است. ارتفاع هرم معمولاً با طول زنجیره غذایی مطابقت دارد.

هرم زیست توده نسبت زیست توده موجودات را در سطوح مختلف تغذیه ای نشان می دهد که به صورت گرافیکی به گونه ای ترسیم شده است که طول یا مساحت مستطیل مربوط به یک سطح تغذیه ای خاص با زیست توده آن متناسب است.

2. تفاوت اهرام اعداد و انرژی چیست؟

پاسخ. اهرام زیست محیطی را می توان به سه نوع اصلی طبقه بندی کرد:

اهرام اعداد که تعداد موجودات منفرد را منعکس می کنند. اهرام زیست توده که مجموع توده افراد را در هر سطح تغذیه ای مشخص می کند. هرم های تولیدی که تولید هر سطح تغذیه ای را مشخص می کند.

اهرام جمعیت، به عنوان یک قاعده، کمترین اطلاعات و نشانگر را دارند، زیرا تعداد موجودات یک سطح تغذیه ای در یک اکوسیستم تا حد زیادی به اندازه آنها بستگی دارد. به عنوان مثال، جرم یک روباه برابر با جرم چند صد موش است.

به طور معمول، تعداد موجودات هتروتروف در یک اکوسیستم بیشتر از موجودات اتوتروف است. یک درخت (سطح تغذیه اول) می تواند تا چندین هزار حشره را تغذیه کند (سطح تغذیه دوم). با افزایش سطح تغذیه ارگانیسم های هتروتروف، اندازه متوسط ​​افراد واقع در آن معمولاً افزایش می یابد و تعداد آنها کاهش می یابد. بنابراین، اهرام جمعیت در اکوسیستم ها اغلب شبیه یک "درخت کریسمس" هستند.

اهرام زیست توده بسیار بهتر روابط بین سطوح مختلف تغذیه ای یک اکوسیستم را بیان می کنند. به طور کلی، زیست توده بیشتر است سطوح پاییناز زیست توده های بالاتر فراتر می رود. با این حال، استثناهای قابل توجهی برای این قاعده وجود دارد. به عنوان مثال، در دریاها، زیست توده زئوپلانکتون های گیاهخوار به طور قابل توجهی (گاهی 2-3 برابر) بیشتر از زیست توده فیتوپلانکتون است که عمدتاً توسط جلبک های تک سلولی نشان داده می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که جلبک ها به سرعت توسط زئوپلانکتون ها خورده می شوند، اما با سرعت بسیار بالای تقسیم سلول هایشان از خورده شدن کامل محافظت می شوند.

کامل ترین تصویر از سازماندهی عملکردی اکوسیستم ها توسط اهرام محصول ارائه می شود. در این حالت، بهتر است مقادیر تولید هر سطح تغذیه‌ای را در واحدهای اندازه‌گیری منفرد، ترجیحاً در واحدهای انرژی نشان دهیم. در این صورت، اهرام محصولات، هرم انرژی خواهند بود.

بر خلاف اهرام اعداد و زیست توده، که منعکس کننده استاتیک سیستم (یعنی مشخص کردن تعداد موجودات در یک زمان معین) هستند، اهرام تولید، سرعت عبور انرژی غذا از زنجیره های تغذیه ای را مشخص می کنند. اگر تمام مقادیر انرژی دریافتی و مصرفی در زنجیره تغذیه به درستی در نظر گرفته شود، طبق قانون دوم ترمودینامیک، هرم های محصول همیشه شکل صحیحی خواهند داشت.

تعداد و زیست توده موجوداتی که در هر سطحی تحت شرایط خاص قابل نگهداری است، به مقدار انرژی ثابت موجود در حال حاضر در سطح قبلی (یعنی زیست توده سطح دوم) بستگی ندارد، بلکه به میزان تولید غذا در سطح قبلی بستگی دارد. آی تی.

3. چرا یک هرم جمعیتی می تواند مستقیم یا معکوس باشد؟

پاسخ. اگر نرخ تولیدمثل جمعیت طعمه بالا باشد، حتی با زیست توده کم، چنین جمعیتی می تواند منبع غذایی کافی برای شکارچیانی باشد که زیست توده بالاتری دارند اما نرخ تولید مثل پایینی دارند. به همین دلیل، اهرام فراوانی یا زیست توده ممکن است وارونه شوند، به عنوان مثال، سطوح تغذیه‌ای پایین ممکن است چگالی و زیست توده کمتری نسبت به سطوح بالاتر داشته باشند.

به عنوان مثال، بسیاری از حشرات می توانند زندگی کنند و روی یک درخت (هرم جمعیتی وارونه) تغذیه کنند. هرم معکوس زیست توده مشخصه اکوسیستم های دریایی است، جایی که تولیدکنندگان اولیه (جلبک های فیتوپلانکتونیک) خیلی سریع تقسیم می شوند و مصرف کنندگان آنها (سخت پوستان زئوپلانکتونیک) بسیار بزرگتر هستند، اما تولیدمثل بسیار کندتری دارند. مهره داران دریایی حتی جرم بیشتری دارند و چرخه تولیدمثلی طولانی دارند.

سهم انرژی دریافتی در سطح تغذیه 5 را محاسبه کنید، مشروط بر اینکه مقدار کل آن در سطح 1 500 واحد باشد.

پاسخ. سطح اول 500، دوم 50، سوم 5، چهارم 0.5، پنجم 0.05 واحد است.

فرآیند اصلی که در همه اکوسیستم ها اتفاق می افتد، انتقال و گردش ماده یا انرژی است. در عین حال، ضرر و زیان اجتناب ناپذیر است. میزان این تلفات از سطحی به سطح دیگر همان چیزی است که قوانین اهرام زیست محیطی منعکس می کنند.

برخی اصطلاحات دانشگاهی

متابولیسم ماده و انرژی یک جریان جهت دار در زنجیره تولید کننده - مصرف کننده است. به زبان ساده، خوردن برخی از موجودات توسط برخی دیگر. در این حالت زنجیره یا دنباله ای از موجودات ساخته می شود که مانند حلقه های یک زنجیره با رابطه "غذا - مصرف کننده" به هم متصل می شوند. به این دنباله، زنجیره غذایی یا تغذیه ای می گویند. و پیوندهای موجود در آن سطوح تغذیه‌ای هستند. اولین سطح زنجیره تولید کنندگان (گیاهان) هستند، زیرا فقط آنها می توانند مواد آلی را از غیر آلی تشکیل دهند. پیوندهای بعدی مصرف کنندگان (حیوانات) سفارشات مختلف هستند. علفخواران مصرف کنندگان درجه 1 هستند و شکارچیانی که از گیاهخواران تغذیه می کنند مصرف کنندگان درجه 2 خواهند بود. حلقه بعدی در زنجیره تجزیه کننده ها خواهد بود - موجوداتی که غذای آنها بقایای فعالیت های حیاتی یا اجساد موجودات زنده است.

اهرام گرافیکی

بوم شناس بریتانیایی چارلز التون (1900-1991) در سال 1927، بر اساس تجزیه و تحلیل تغییرات کمی در زنجیره های تغذیه ای، مفهوم اهرام اکولوژیکی را به عنوان یک تصویر گرافیکی از روابط در اکوسیستم تولید کنندگان و مصرف کنندگان به زیست شناسی معرفی کرد. هرم التون به صورت مثلث تقسیم بر تعداد حلقه های زنجیره به تصویر کشیده شده است. یا به شکل مستطیل هایی که روی هم ایستاده اند.

الگوهای هرمی

سی التون تعداد موجودات زنجیره ای را تجزیه و تحلیل کرد و دریافت که همیشه تعداد گیاهان بیشتر از حیوانات است. علاوه بر این، نسبت سطوح از نظر کمی همیشه یکسان است - در هر سطح بعدی کاهش می یابد و این یک نتیجه گیری عینی است که توسط قوانین اهرام زیست محیطی منعکس می شود.

قانون التون

این قانون بیان می کند که تعداد افراد در یک دنباله از سطح به سطح کاهش می یابد. قوانین هرم اکولوژیکی نسبت کمی محصولات تمام سطوح یک زنجیره غذایی خاص است. می گوید که نشانگر سطح زنجیره تقریباً 10 برابر کمتر از سطح قبلی خواهد بود.

مثال زیر یک مثال ساده است که نقطه های i را نشان می دهد. بیایید زنجیره تغذیه ای جلبک - سخت پوستان بی مهرگان - شاه ماهی - دلفین را در نظر بگیریم. یک دلفین 40 کیلوگرمی برای زنده ماندن باید 400 کیلوگرم شاه ماهی بخورد. و برای اینکه این 400 کیلوگرم ماهی وجود داشته باشد، حدود 4 تن از غذای آنها - سخت پوستان بی مهرگان - مورد نیاز است. برای تولید 4 تن سخت پوستان به 40 تن جلبک نیاز است. این همان چیزی است که قوانین هرم زیست محیطی منعکس می کند. و تنها در این نسبت این ساختار اکولوژیکی پایدار خواهد بود.

انواع اکوپیرامید

بر اساس معیاری که هنگام ارزیابی اهرام در نظر گرفته می شود، موارد زیر متمایز می شوند:

• عددی.
• تخمین های زیست توده
• مصرف انرژی.

در همه موارد، قاعده هرم زیست محیطی نشان دهنده کاهش 10 برابری معیار ارزیابی اصلی است.

تعداد افراد و مراحل تغذیه

هرم اعداد تعداد موجودات را در نظر می گیرد که در قاعده هرم اکولوژیکی منعکس می شود. و مثال با دلفین کاملاً با ویژگی های این نوع هرم مطابقت دارد. اما در اینجا استثناهایی وجود دارد - اکوسیستم جنگلی با زنجیره ای از گیاهان - حشرات. هرم وارونه می شود (تعداد زیادی از حشرات که از یک درخت تغذیه می کنند). به همین دلیل است که هرم اعداد آموزنده ترین و شاخص ترین در نظر گرفته نمی شود.

چی چیز باقی مانده است؟

هرم زیست توده از جرم خشک (کمتر مرطوب) افراد هم سطح به عنوان معیار ارزیابی استفاده می کند. واحدهای اندازه گیری گرم/متر مربع، کیلوگرم/هکتار یا گرم/متر مکعب هستند. اما در اینجا استثناهایی نیز وجود دارد. قوانین اهرام اکولوژیکی که نشان دهنده کاهش زیست توده مصرف کنندگان در رابطه با زیست توده تولیدکنندگان است، برای بیوسنوزهایی که هر دو بزرگ هستند و طول عمر بالایی دارند، رعایت می شود. چرخه زندگی. اما برای سیستم های آبی، هرم ممکن است دوباره معکوس شود. به عنوان مثال، در دریاها، زیست توده زئوپلانکتون هایی که از جلبک ها تغذیه می کنند، گاهی اوقات 3 برابر بیشتر از زیست توده خود پلانکتون های گیاهی است. سرعت بالای تولید مثل فیتوپلانکتون را ذخیره می کند.

جریان انرژی دقیق ترین شاخص است

اهرام انرژی میزان عبور غذا (جرم آن) را از سطوح تغذیه ای نشان می دهند. قانون هرم انرژی توسط بوم شناس برجسته آمریکایی ریموند لیندمن (1915-1942) فرموله شد. طبق آن، 10٪ از انرژی قبلی به هر سطح بعدی منتقل می شود، 90٪ باقیمانده تلفاتی است که برای پشتیبانی از عملکردهای حیاتی بدن (تنفس، تنظیم حرارت) می رود.

معنی اهرام

ما آنچه را که قوانین اهرام اکولوژیکی منعکس می‌کنند، تحلیل کرده‌ایم. اما چرا به این دانش نیاز داریم؟ اهرام اعداد و زیست توده به ما اجازه می دهند تا برخی از مسائل عملی را حل کنیم، زیرا آنها وضعیت ایستا و پایدار سیستم را توصیف می کنند. به عنوان مثال، آنها هنگام محاسبه مقادیر مجاز صید ماهی یا شمارش تعداد حیوانات برای تیراندازی استفاده می شوند تا ثبات اکوسیستم مختل نشود و حداکثر اندازه یک جمعیت خاص از افراد برای یک اکوسیستم معین در آن تعیین شود. تمامیت و هرم انرژی ها ایده روشنی از سازماندهی جوامع عملکردی می دهد و به ما امکان می دهد اکوسیستم های مختلف را با توجه به بهره وری آنها مقایسه کنیم.

اکنون خواننده با انجام وظیفه ای مانند "توضیح آنچه که قوانین اهرام زیست محیطی منعکس می کند" سردرگم نخواهد شد و به جرأت پاسخ خواهد داد که اینها از دست دادن ماده و انرژی در یک زنجیره تغذیه ای خاص است.

سه راه برای ایجاد هرم های زیست محیطی وجود دارد:

1. هرم جمعیت منعکس کننده نسبت عددی افراد از سطوح مختلف تغذیه ای اکوسیستم است.اگر ارگانیسم‌های موجود در سطوح تغذیه‌ای یکسان یا متفاوت از نظر اندازه تفاوت زیادی داشته باشند، هرم جمعیتی یک ایده تحریف شده از روابط واقعی بین سطوح تغذیه‌ای ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، در یک جامعه پلانکتون، تعداد تولیدکنندگان ده ها و صدها برابر بیشتر از تعداد مصرف کنندگان است، و در یک جنگل صدها هزار مصرف کننده می توانند از اندام های یک درخت - تولید کننده - تغذیه کنند.

2. هرم زیست توده مقدار ماده زنده یا زیست توده را در هر سطح تغذیه ای نشان می دهد.در اکثر اکوسیستم های زمینی، زیست توده تولیدکنندگان، یعنی کل توده گیاهان، بیشترین است و زیست توده موجودات در هر سطح تغذیه ای بعدی کمتر از سطح قبلی است. با این حال، در برخی جوامع، زیست توده مصرف کنندگان مرتبه اول بیشتر از زیست توده تولیدکنندگان است. به عنوان مثال، در اقیانوس ها، جایی که تولید کنندگان اصلی جلبک های تک سلولی با نرخ تولید مثل بالا هستند، تولید سالانه آنها می تواند ده ها یا حتی صدها برابر بیشتر از ذخیره زیست توده باشد. در عین حال، تمام محصولات تشکیل‌شده توسط جلبک‌ها آنقدر سریع در زنجیره غذایی درگیر می‌شوند که تجمع زیست توده جلبکی کم است، اما به دلیل نرخ بالای تولید مثل، مقدار کمی جلبک برای حفظ سرعت بازسازی کافی است. مواد آلی از این نظر، در اقیانوس، هرم زیست توده رابطه معکوس دارد، یعنی «معکوس» است. در سطوح تغذیه ای بالاتر، تمایل به انباشته شدن زیست توده غالب است، زیرا طول عمر شکارچیان طولانی است، برعکس، نرخ گردش نسل های آنها کم است و بخش قابل توجهی از ماده وارد شده به زنجیره غذایی در آنها حفظ می شود. بدن

3. هرم انرژی میزان جریان انرژی در مدار قدرت را منعکس می کند. شکل این هرم تحت تأثیر اندازه افراد قرار نمی گیرد و طبق قانون دوم ترمودینامیک همیشه شکلی مثلثی با پایه پهن در پایین خواهد داشت. بنابراین، هرم انرژی کامل ترین و دقیق ترین تصویر را از سازماندهی عملکردی جامعه، از همه فرآیندهای متابولیکی در اکوسیستم به دست می دهد. اگر اهرام اعداد و زیست توده منعکس کننده استاتیک اکوسیستم (تعداد و زیست توده موجودات در یک لحظه معین) باشند، پس هرم انرژی پویایی عبور توده مواد غذایی از زنجیره های غذایی را منعکس می کند. بنابراین، پایه در اهرام اعداد و زیست توده ممکن است بیشتر یا کمتر از سطوح تغذیه‌ای بعدی باشد (بسته به نسبت تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان در اکوسیستم‌های مختلف). هرم انرژی همیشه به سمت بالا باریک می شود. این به دلیل این واقعیت است که انرژی صرف شده برای تنفس به سطح تغذیه ای بعدی منتقل نمی شود و اکوسیستم را ترک می کند. بنابراین، هر سطح بعدی همیشه کمتر از سطح قبلی خواهد بود. در اکوسیستم های زمینی، کاهش مقدار انرژی در دسترس معمولاً با کاهش فراوانی و زیست توده افراد در هر سطح تغذیه ای همراه است. به دلیل تلفات زیاد انرژی برای ساخت بافت های جدید و تنفس موجودات، زنجیره های غذایی نمی توانند طولانی باشند. آنها معمولاً از 3-5 واحد (سطوح تغذیه) تشکیل شده اند.

آگاهی از قوانین بهره وری اکوسیستم و توانایی محاسبه کمی برای جریان انرژی از اهمیت عملی زیادی برخوردار است، زیرا تولید جوامع طبیعی و مصنوعی (اگروئنوزها) منبع اصلی تامین مواد غذایی برای بشریت است. محاسبات دقیق جریان انرژی و مقیاس بهره وری اکوسیستم ها این امکان را فراهم می کند که چرخه مواد موجود در آنها به گونه ای تنظیم شود که بیشترین بازده محصولات لازم برای انسان حاصل شود.

جانشینی و انواع آنها.

فرآیندی که طی آن جوامع گونه‌های گیاهی و جانوری در طول زمان با جوامع دیگر، معمولاً پیچیده‌تر، جایگزین می‌شوند. جانشینی زیست محیطی،یا به سادگی جانشینی.

جانشینی اکولوژیکی معمولاً تا زمانی ادامه می یابد که جامعه پایدار و خودپایدار شود. بوم شناسان دو نوع جانشینی اکولوژیکی را تشخیص می دهند: اولیه و ثانویه.

جانشینی اولیه- توسعه مداوم جوامع در مناطق فاقد خاک است.

مرحله 1 - ظهور مکانی خالی از حیات.

مرحله 2 - استقرار اولین موجودات گیاهی و جانوری در این مکان.

مرحله 3 - ایجاد ارگانیسم ها.

مرحله 4 - رقابت و جابجایی گونه ها.

مرحله 5 - تبدیل زیستگاه توسط موجودات، تثبیت تدریجی شرایط و روابط.

وسیع مثال معروفجانشینی اولیه عبارت است از نشست گدازه های جامد شده پس از فوران آتشفشانی یا شیب پس از ریزش بهمن که کل خاک را از بین برد، مناطق معدن روباز که لایه بالایی خاک از آن جدا شده است و غیره. در چنین مناطق بایر، جانشینی اولیه از سنگ لخت تا جنگل بالغ می تواند صدها تا هزاران سال طول بکشد.

جانشینی ثانویه- توسعه مداوم جوامع در منطقه ای که پوشش گیاهی طبیعی از بین رفته یا به شدت مختل شده است، اما خاک از بین نرفته است. جانشینی ثانویه در محل یک بیوسنوز تخریب شده (جنگل پس از آتش سوزی) آغاز می شود. جانشینی به سرعت رخ می دهد، زیرا دانه ها و بخش هایی از اتصالات غذایی در خاک حفظ می شوند و یک بیوسنوز تشکیل می شود. اگر جانشینی را در زمین های متروکه ای در نظر بگیریم که در آنها استفاده نمی شود کشاورزی، می بینید که مزارع سابق به سرعت با انواع گیاهان یکساله پوشیده شده است. دانه های گونه های درختی: کاج، صنوبر، توس و آسپن نیز می توانند به اینجا برسند، گاهی اوقات با کمک باد یا حیوانات بر مسافت های طولانی غلبه می کنند. در ابتدا، تغییرات به سرعت اتفاق می افتد. سپس، با ظهور گیاهان با رشد کندتر، سرعت جانشینی کاهش می یابد. نهال های توس رشد متراکمی را تشکیل می دهند که خاک را سایه می اندازد و حتی اگر دانه های صنوبر همراه با توس جوانه بزنند، نهال های آن که در شرایط بسیار نامساعدی قرار می گیرند، بسیار از توس عقب می مانند. توس "پیشگام جنگل" نامیده می شود زیرا تقریباً همیشه اولین کسی است که در زمین های آشفته مستقر می شود و دارای طیف گسترده ای از سازگاری است. درختان توس در سن 2-3 سالگی می توانند به ارتفاع 100-120 سانتی متر برسند، در حالی که درختان صنوبر در همان سن به سختی به 10 سانتی متر می رسند. در مراحل اول، سوسک های مه و پروانه های غان ساکن می شوند، سپس پرندگان متعددی ظاهر می شوند: فنچ، خرچنگ و خرچنگ. پستانداران کوچک مستقر می شوند: خارپشت، خال، جوجه تیغی. تغییر شرایط نور شروع به تأثیر مفید بر درختان کریسمس جوان می کند که رشد آنها را تسریع می کند.

مرحله پایدار جانشینی، زمانی که جامعه (بیوسنوز) به طور کامل تشکیل شده و با محیط در تعادل باشد، نامیده می شود. یائسگیجامعه اوج توانایی خود تنظیمی را دارد و می تواند برای مدت طولانی در حالت تعادل باقی بماند.

بنابراین، جانشینی رخ می دهد، که در آن ابتدا یک توس، سپس یک جنگل صنوبر-توس مخلوط با یک جنگل صنوبر خالص جایگزین می شود. روند طبیعی جایگزینی جنگل توس با جنگل صنوبر بیش از 100 سال طول می کشد. به همین دلیل است که فرآیند جانشینی را گاهی تغییر سکولار می نامند.

18. توابع ماده زنده در بیوسفر. ماده زنده -این کل موجودات زنده (زیست توده زمین) است. این یک سیستم باز است که با رشد، تولید مثل، توزیع، تبادل مواد و انرژی با محیط خارجی، تجمع انرژی و انتقال آن در زنجیره های غذایی مشخص می شود. ماده زنده 5 عملکرد را انجام می دهد:

1. انرژی (قابلیت جذب انرژی خورشیدی، تبدیل آن به انرژی پیوندهای شیمیاییو توسط زنجیره های غذایی)

2. گاز (توانایی حفظ ترکیب گازی ثابت بیوسفر در نتیجه تنفس متعادل و فتوسنتز)

3. تمرکز (توانایی موجودات زنده برای تجمع عناصر خاصی از محیط در بدن خود که به دلیل آن توزیع مجدد عناصر و تشکیل مواد معدنی رخ داده است)

4. ردوکس (توانایی تغییر حالت اکسیداسیون عناصر و ایجاد تنوعی از ترکیبات در طبیعت برای حمایت از تنوع حیات)

5. مخرب (قابلیت تجزیه مرده مواد آلی، که به دلیل آن گردش مواد رخ می دهد)

1. عملکرد آب ماده زنده در بیوسفر با چرخه آب بیوژنیک مرتبط است که در چرخه آب در این سیاره مهم است.

انجام توابع فوق، ماده زندهسازگار می شود محیطو آن را با نیازهای بیولوژیکی (و اگر در مورد یک فرد صحبت می کنیم، پس اجتماعی) آن را تطبیق می دهد. در این حالت، ماده زنده و محیط آن به عنوان یک کل واحد توسعه می یابد، اما کنترل بر وضعیت محیط توسط موجودات زنده اعمال می شود.