Al construir una pirámide ecológica, se ubican en la base. Regla de la pirámide ecológica

Los ecosistemas son muy diversos en la tasa relativa de creación y gasto tanto de producción primaria como de producción secundaria en cada nivel trófico. Sin embargo, todos los ecosistemas, sin excepción, se caracterizan por ciertas relaciones cuantitativas de producción primaria y secundaria, que se denominan Reglas de la pirámide de productos: en cada nivel trófico anterior, la cantidad de biomasa creada por unidad de tiempo es mayor que en el siguiente. Gráficamente, esta regla se expresa en forma de pirámides que se estrechan hacia arriba y están formadas por rectángulos apilados de igual altura, cuya longitud corresponde a la escala de producción en los niveles tróficos correspondientes. La pirámide de productos refleja las leyes del gasto energético en las cadenas alimentarias.

La tasa de creación de materia orgánica no determina sus reservas totales, es decir, la biomasa total de todos los organismos de cada nivel trófico. La biomasa disponible de productores o consumidores en ecosistemas específicos depende de cómo se correlacionan las tasas de acumulación de materia orgánica en un determinado nivel trófico y su transferencia a un nivel superior, es decir, cuánto se consumen las reservas formadas. La tasa de rotación de las generaciones de los principales productores y consumidores juega un papel importante.

Arroz. 150. Pirámides de biomasa en algunas biocenosis (según F. Dre, 1976): P - productores; RK - consumidores herbívoros; PC - consumidores carnívoros; F - fitoplancton; 3 - zooplancton

En la mayoría de los ecosistemas terrestres, también hay regla de la pirámide de biomasa, es decir, la masa total de las plantas resulta ser mayor que la biomasa de todos los fitófagos y herbívoros, y la masa de éstos, a su vez, supera la masa de todos los depredadores (Fig. 150). La relación entre el crecimiento anual de la vegetación y la biomasa en los ecosistemas terrestres es relativamente pequeña. En diferentes fitocenosis, donde los principales productores difieren en la duración del ciclo de vida, tamaño y tasa de crecimiento, esta relación varía de 2 a 76%. Las tasas de crecimiento relativo de la biomasa son especialmente bajas en los bosques de diferentes zonas, donde la producción anual es sólo del 2 al 6% de la masa total de plantas acumuladas en los cuerpos de los grandes árboles longevos. Incluso en las selvas tropicales más productivas, este valor no supera el 6,5%. En comunidades dominadas por formas herbáceas, la tasa de reproducción de biomasa es mucho mayor: la producción anual en las estepas es del 41-55%, y en los semidesiertos herbáceos tugai y arbustos efímeros alcanza incluso el 70-76%.

La relación entre la producción primaria y la biomasa vegetal determina la extensión del pastoreo masivo de plantas que es posible en una comunidad sin socavar su productividad. La proporción relativa de la producción primaria consumida por los animales en las comunidades herbáceas es mayor que en los bosques. Ungulados, roedores, insectos fitófagos en las estepas utilizan hasta el 70% del crecimiento anual de las plantas, mientras que en los bosques, en promedio, no más del 10%. Sin embargo, los posibles límites de la enajenación de la masa vegetal por parte de los animales en las comunidades terrestres no se conocen por completo y una parte importante de la producción anual se desperdicia.

En el pelagial de los océanos, donde los principales productores son las algas unicelulares con una alta tasa de renovación de generaciones, su producción anual puede superar en decenas e incluso cientos de veces a la reserva de biomasa (Fig. 151). Toda la producción primaria pura se involucra tan rápidamente en la cadena alimentaria que la acumulación de biomasa de algas es muy pequeña, pero debido a las altas tasas de reproducción, un pequeño suministro de ellas es suficiente para mantener la tasa de reproducción de materia orgánica.

Arroz. 151. Esquema de la relación de producción y biomasa en bacterias. (1), fitoplancton (2), zooplancton (3), bentos (4) y pescado (5) en el mar de Barents (según L. A. Zenkevich de S. A. Zernov, 1949)

Para el océano, la regla de la pirámide de biomasa no es válida (la pirámide está invertida). En los niveles tróficos más altos, prevalece la tendencia a acumular biomasa, ya que la vida útil de los grandes depredadores es larga, la tasa de renovación de sus generaciones, por el contrario, es baja y una parte significativa de la sustancia que ingresa a las cadenas alimentarias es retenidos en sus cuerpos.

Las tres reglas de la pirámide -producción, biomasa y números- expresan en última instancia las relaciones energéticas en los ecosistemas, y si las dos últimas se manifiestan en comunidades con cierta estructura trófica, entonces la primera (pirámide de producción) tiene un carácter universal.

El conocimiento de las leyes de la productividad de los ecosistemas, la capacidad de cuantificar el flujo de energía son de extrema importancia práctica. La producción primaria de agrocenosis y la explotación humana de las comunidades naturales es la principal fuente de alimentación de la humanidad. No menos importantes son los productos secundarios obtenidos de la agricultura y la caza, ya que las proteínas animales incluyen una serie de aminoácidos esenciales para el ser humano, que no se encuentran en los alimentos vegetales. Los cálculos precisos del flujo de energía y la escala de productividad de los ecosistemas permiten regular el ciclo de las sustancias en ellos de tal manera que se logre el mayor rendimiento de productos beneficiosos para los humanos. Además, es necesario tener una buena comprensión de los límites permisibles para la extracción de biomasa vegetal y animal de los sistemas naturales para no socavar su productividad. Dichos cálculos suelen ser muy complejos debido a las dificultades metodológicas y se realizan mejor para ecosistemas acuáticos más simples. Un ejemplo de ratios energéticos en una comunidad en particular pueden ser los datos obtenidos para los ecosistemas de uno de los lagos (Cuadro 2). La relación P/B refleja la tasa de crecimiento.

Tabla 2

Flujo de energía en el ecosistema de un lago eutrófico (en kJ/m 2 ) en promedio para la temporada de crecimiento (según G. G. Vinberg, 1969)

En esta comunidad acuática se aplica la regla de la pirámide de biomasa, ya que la masa total de productores es mayor que la de fitófagos, mientras que la proporción de depredadores, por el contrario, es menor. La mayor productividad es característica del fito y bacterioplancton. En el lago estudiado, sus relaciones P/B son bastante bajas, lo que indica una participación relativamente débil de la producción primaria en las cadenas alimentarias. La biomasa del bentos, que se basa en grandes moluscos, es casi el doble que la del plancton, mientras que la producción es muchas veces menor. En el zooplancton, la producción de especies no depredadoras es solo ligeramente superior a la dieta de sus consumidores, por lo que las relaciones alimentarias del plancton son bastante tensas. La producción total de peces no depredadores es solo alrededor del 0,5% de la producción primaria del embalse y, por lo tanto, los peces ocupan un lugar modesto en el flujo de energía en el ecosistema del lago. Sin embargo, consumen una parte importante del crecimiento del zooplancton y del bentos y, por lo tanto, tienen una influencia significativa en la regulación de su producción.

La descripción del flujo de energía, por lo tanto, es la base de un análisis biológico detallado para establecer la dependencia de los productos finales útiles para los humanos del funcionamiento de todo el sistema ecológico en su conjunto.

La estructura trófica de un ecosistema se puede representar gráficamente como una pirámide ecológica, que se basa en el primer nivel. Estas pirámides reflejan las leyes de la biomasa y el gasto de energía en las cadenas alimentarias. El valor numérico de cada escalón de dicha pirámide se puede expresar por el número de individuos, su biomasa o la energía acumulada en ella.

Las redes alimentarias que emergen en un ecosistema tienen una estructura que se caracteriza por un cierto número de organismos en cada nivel trófico. Se nota que el número de organismos disminuye en proporción directa al pasar de un nivel trófico a otro. Este patrón se llama "Regla de la Pirámide Ecológica". En este caso, considerado pirámide de números . Se puede romper si viven pequeños depredadores debido a la caza grupal de animales grandes.

Cada nivel trófico tiene su propio biomasa - la masa total de organismos de cualquier grupo. En las cadenas alimentarias, la biomasa de los organismos en diferentes niveles tróficos es diferente: la biomasa de los productores (el primer nivel trófico) es mucho mayor que la biomasa de los consumidores: los animales herbívoros (el segundo nivel trófico). La biomasa de cada uno de los niveles tróficos posteriores de la cadena alimentaria también disminuye progresivamente. Este patrón ha sido nombrado pirámides de biomasa .

Se puede identificar un patrón similar cuando se considera la transferencia de energía a través de los niveles tróficos, es decir, en pirámide de energía (producción ) . La cantidad de energía gastada en mantener la actividad vital propia en la cadena de niveles tróficos está creciendo, mientras que la productividad está cayendo. Las plantas absorben solo una pequeña parte de la energía solar durante la fotosíntesis. Los animales herbívoros, que constituyen el segundo nivel trófico, asimilan solo una parte determinada (20-60%) del alimento absorbido. Los alimentos digeridos se utilizan para apoyar los procesos vitales de los organismos animales y el crecimiento (por ejemplo, para construir tejidos, reservas en forma de depósito de grasa).

Los organismos del tercer nivel trófico (animales carnívoros) al comer animales herbívoros nuevamente pierden la mayor parte de la energía contenida en los alimentos. La cantidad de energía en los niveles tróficos subsiguientes vuelve a disminuir progresivamente. El resultado de estas pérdidas de energía es un pequeño número (de tres a cinco) de niveles tróficos en la cadena alimentaria.

La energía perdida en las cadenas de suministro solo puede reponerse mediante el suministro de nuevas porciones de la misma. Por lo tanto, en un ecosistema no puede haber un ciclo de energía, similar al ciclo de las sustancias. Los ecosistemas son sistemas abiertos que necesitan una afluencia de energía solar o reservas preparadas de materia orgánica, por lo tanto. La transferencia de energía en los ecosistemas se produce de acuerdo con las leyes de la termodinámica:

1. La energía puede cambiar de una forma a otra, pero nunca se vuelve a crear o desaparece.

2. No puede haber un solo proceso asociado con la transformación de la energía sin perder parte de ella en forma de calor, es decir, no hay conversiones de energía con 100% de eficiencia.

Se estima que solo alrededor del 10% de la energía se transfiere de un nivel trófico a otro. Este patrón ha sido nombrado regla del diez por ciento.

Por lo tanto, la mayor parte de la energía en la cadena de poder se pierde al pasar de un nivel a otro. El siguiente eslabón de la cadena alimenticia recibe solo la energía contenida en la masa del eslabón comido anterior. Las pérdidas de energía son alrededor del 90% con cada transición a través de la cadena alimentaria. Por ejemplo, si la energía de un organismo vegetal es de 1000 J, entonces cuando un herbívoro lo come por completo, solo se asimilan 100 J en el cuerpo de este último, 10 J en el cuerpo de un depredador, y si este depredador es comido por otro, entonces solo 1 J de energía es asimilado en su cuerpo, entonces hay 0.1%.

Como resultado, la energía acumulada por las plantas verdes en las cadenas alimenticias se está agotando rápidamente. Por lo tanto, la cadena alimentaria no puede incluir más de 4 o 5 eslabones. La energía perdida en las cadenas de suministro solo puede reponerse mediante la recepción de nuevas porciones de la misma. En los ecosistemas, no puede haber un ciclo de energía, como el ciclo de las sustancias. La vida y el funcionamiento de cualquier sistema ecológico solo es posible con un flujo de energía unidireccional en forma de radiación solar o con una afluencia de materia orgánica preparada.

Así, la pirámide de números refleja el número de individuos en cada eslabón de la cadena alimentaria. La pirámide de biomasa refleja la cantidad de materia orgánica formada en cada eslabón, su biomasa. La pirámide de energía muestra la cantidad de energía en cada nivel trófico.

Una disminución en la cantidad de energía disponible en cada nivel trófico posterior se acompaña de una disminución en la biomasa y el número de individuos. Las pirámides de biomasa y abundancia de organismos para una determinada biocenosis repiten en términos generales la configuración de la pirámide de productividad.

Gráficamente, la pirámide ecológica se representa como varios rectángulos de la misma altura pero de diferentes longitudes. La longitud del rectángulo disminuye de abajo hacia arriba, lo que corresponde a una disminución de la productividad en los niveles tróficos posteriores. El triángulo inferior es el de mayor longitud y corresponde al primer nivel trófico - productores, el segundo es aproximadamente 10 veces más pequeño y corresponde al segundo nivel trófico - animales herbívoros, consumidores de primer orden, etc.

Las tres reglas de la pirámide -productividad, biomasa y abundancia- expresan las relaciones energéticas en los ecosistemas. Al mismo tiempo, la pirámide de productividad tiene un carácter universal, mientras que las pirámides de biomasa y abundancia aparecen en comunidades con cierta estructura trófica.

El conocimiento de las leyes de la productividad de los ecosistemas, la capacidad de cuantificar el flujo de energía son de gran importancia práctica. La producción primaria de agrocenosis y la explotación humana de las comunidades naturales es la principal fuente de alimentación del ser humano. La producción secundaria de biocenosis, obtenidas de animales industriales y agrícolas, también es importante como fuente de proteína animal. El conocimiento de las leyes de distribución de la energía, los flujos de energía y materia en las biocenosis, las leyes de la productividad de las plantas y los animales, la comprensión de los límites de extracción permisible de la biomasa vegetal y animal de los sistemas naturales nos permiten construir correctamente las relaciones en la "sociedad". - sistema "naturaleza".

Hay tres formas de compilar pirámides ecológicas:

1. La pirámide de números refleja la proporción numérica de individuos de diferentes niveles tróficos del ecosistema. Si los organismos dentro del mismo o diferentes niveles tróficos varían mucho en tamaño, entonces la pirámide de números da ideas distorsionadas sobre las verdaderas proporciones de los niveles tróficos. Por ejemplo, en una comunidad de plancton, la cantidad de productores es decenas y cientos de veces mayor que la cantidad de consumidores, y en el bosque, cientos de miles de consumidores pueden alimentarse de los órganos de un árbol: el productor.

2. La pirámide de biomasa muestra la cantidad de materia viva, o biomasa, en cada nivel trófico. En la mayoría de los ecosistemas terrestres, la biomasa de productores, es decir, la masa total de plantas, es la más grande, y la biomasa de organismos de cada nivel trófico posterior es menor que la anterior. Sin embargo, en algunas comunidades la biomasa de consumidores de primer orden es mayor que la biomasa de productores. Por ejemplo, en los océanos, donde los principales productores son las algas unicelulares con una alta tasa de reproducción, su producción anual puede superar en decenas e incluso cientos de veces la reserva de biomasa. Al mismo tiempo, todos los productos formados por las algas se involucran tan rápidamente en la cadena alimentaria que la acumulación de biomasa de algas es pequeña, pero debido a las altas tasas de reproducción, su pequeña reserva es suficiente para mantener la tasa de reproducción de materia orgánica. En este sentido, en el océano, la pirámide de biomasa tiene una relación inversa, es decir, “invertida”. En los niveles tróficos más altos, prevalece la tendencia a acumular biomasa, ya que la vida útil de los depredadores es larga, la tasa de renovación de sus generaciones, por el contrario, es baja y se retiene una parte importante de la sustancia que ingresa a las cadenas alimentarias. en su cuerpo

3. La pirámide de energía refleja la cantidad de flujo de energía en la cadena alimenticia. La forma de esta pirámide no se ve afectada por el tamaño de los individuos, y siempre será triangular con una base ancha en la parte inferior, como dicta la segunda ley de la termodinámica. Por lo tanto, la pirámide de energía da la idea más completa y precisa de la organización funcional de la comunidad, de todos los procesos metabólicos en el ecosistema. Si las pirámides de números y biomasa reflejan la estática del ecosistema (el número y la biomasa de organismos en un momento dado), entonces la pirámide de energía refleja la dinámica del paso de una masa de alimentos a través de la cadena alimentaria. Así, la base en las pirámides de números y biomasa puede ser mayor o menor que los niveles tróficos subsiguientes (dependiendo de la proporción de productores y consumidores en los diferentes ecosistemas). La pirámide de energía siempre se estrecha hacia arriba. Esto se debe a que la energía gastada en la respiración no se transfiere al siguiente nivel trófico y abandona el ecosistema. Por lo tanto, cada nivel posterior siempre será menor que el anterior. En los ecosistemas terrestres, una disminución en la cantidad de energía disponible suele ir acompañada de una disminución en la abundancia y biomasa de individuos en cada nivel trófico. Debido a pérdidas tan grandes de energía para la construcción de nuevos tejidos y la respiración de los organismos, las cadenas alimenticias no pueden ser largas; generalmente consisten en 3-5 enlaces (niveles tróficos).

El conocimiento de las leyes de la productividad de los ecosistemas, la capacidad de cuantificar el flujo de energía son de gran importancia práctica, ya que los productos de las comunidades naturales y artificiales (agroenosis) son la principal fuente de alimento para la humanidad. Los cálculos precisos del flujo de energía y la escala de productividad de los ecosistemas permiten regular el ciclo de las sustancias en ellos de tal manera que se logre el mayor rendimiento de los productos necesarios para los humanos.

Sucesiones y sus tipos.

El proceso por el cual las comunidades de especies vegetales y animales son reemplazadas con el tiempo por otras comunidades, generalmente más complejas, se denomina sucesión ecológica, o simplemente sucesión.

La sucesión ecológica generalmente continúa hasta que la comunidad es estable y autosuficiente. Los ecologistas distinguen dos tipos de sucesión ecológica: primaria y secundaria.

sucesión primaria- este es el desarrollo constante de comunidades en áreas desprovistas de suelo.

Etapa 1: el surgimiento de un lugar desprovisto de vida;

2ª etapa - el reasentamiento de los primeros organismos vegetales y animales en este lugar;

3ra etapa - supervivencia de organismos;

4ª etapa - competencia y desplazamiento de especies;

5ta etapa - transformación del hábitat por organismos, estabilización gradual de condiciones y relaciones.

Un ejemplo bien conocido de sucesión primaria es la colonización de lava solidificada tras una erupción volcánica o un talud tras un alud que destruyó todo el perfil del suelo, zonas de minería a cielo abierto de las que se extrajo la capa superior del suelo, etc. En tales áreas áridas, la sucesión primaria de roca desnuda a bosque maduro puede llevar de cientos a miles de años.

sucesión secundaria- desarrollo consistente de comunidades en un área en la cual la vegetación natural ha sido eliminada o severamente alterada, pero el suelo no ha sido destruido. La sucesión secundaria comienza en el sitio de la biocenosis destruida (bosque después de un incendio). La sucesión es rápida porque las semillas, partes de los enlaces alimentarios se conservan en el suelo y se forma una biocenosis. Si consideramos la sucesión en terrenos abandonados que no se utilizan para la agricultura, podemos ver que los antiguos campos se cubren rápidamente con una variedad de plantas anuales. Las semillas de especies de árboles: pino, abeto, abedul, álamo temblón, también pueden llegar aquí, a veces superando largas distancias con la ayuda del viento o los animales. Al principio, el cambio ocurre rápidamente. Luego, a medida que emergen plantas de crecimiento más lento, la tasa de sucesión disminuye. Los brotes de abedul forman un crecimiento denso que da sombra al suelo, e incluso si las semillas de abeto germinan junto con el abedul, sus brotes, al estar en condiciones muy desfavorables, quedan muy por detrás de los abedules. Al abedul se le llama el "pionero del bosque" ya que casi siempre es el primero en asentarse en terrenos perturbados y tiene un amplio rango de adaptabilidad. Los abedules a la edad de 2-3 años pueden alcanzar una altura de 100-120 cm, mientras que los abetos a la misma edad apenas alcanzan los 10 cm Los cambios también afectan el componente animal de la biocenosis considerada. En las primeras etapas, los portadores de mayo, las polillas de abedul se asientan, luego aparecen numerosas aves: pinzones, currucas, currucas. Se asientan pequeños mamíferos: musarañas, topos, erizos. Las condiciones de iluminación cambiantes comienzan a tener un efecto positivo en los árboles de Navidad jóvenes, que aceleran su crecimiento.

La etapa estable de sucesión, cuando la comunidad (biocenosis) se ha formado completamente y está en equilibrio con el medio ambiente, se llama clímax. La comunidad clímax es capaz de autorregularse y puede estar en equilibrio durante mucho tiempo.

Por lo tanto, se produce una sucesión, en la que primero un abedul, luego un bosque mixto de piceas y abedules es reemplazado por un bosque puro de piceas. El proceso natural de convertir un bosque de abedules en un bosque de abetos dura más de 100 años. Es por eso que el proceso de sucesión a veces se denomina cambio secular.

18. Funciones de la materia viva en la biosfera. la materia viva - es la totalidad de los organismos vivos (biomasa de la Tierra). Es un sistema abierto que se caracteriza por el crecimiento, la reproducción, la distribución, el intercambio de materia y energía con el medio exterior, la acumulación de energía y su transferencia en las cadenas alimentarias. La materia viva realiza 5 funciones:

1. Energía (la capacidad de absorber energía solar, convertirla en energía de enlaces químicos y transferirla a través de cadenas alimenticias)

2. Gas (la capacidad de mantener la constancia de la composición gaseosa de la biosfera como resultado del equilibrio de la respiración y la fotosíntesis)

3. Concentración (la capacidad de los organismos vivos para acumular ciertos elementos del medio ambiente en su cuerpo, por lo que los elementos se redistribuyeron y se formaron minerales)

4. Redox (la capacidad de cambiar el estado de oxidación de los elementos y crear una variedad de compuestos en la naturaleza para mantener la diversidad de la vida)

5. Destructivo (la capacidad de descomponer la materia orgánica muerta, por lo que se lleva a cabo la circulación de sustancias)

1. La función hídrica de la materia viva en la biosfera está asociada al ciclo biogénico del agua, el cual tiene una gran importancia en el ciclo del agua en el planeta.

Al realizar las funciones enumeradas, la materia viva se adapta al medio ambiente y lo adapta a sus necesidades biológicas (y si estamos hablando de una persona, entonces también sociales). Al mismo tiempo, la materia viva y su hábitat se desarrollan como un todo, pero el control sobre el estado del medio ambiente lo llevan a cabo los organismos vivos.

En cualquier cadena trófica, no todos los alimentos se utilizan para el crecimiento de un individuo, es decir, para la acumulación de su biomasa. Parte de ella se gasta para cubrir los costos energéticos del cuerpo (respiración, movimiento, reproducción, mantenimiento de la temperatura corporal).

Al mismo tiempo, la biomasa de un eslabón no puede ser procesada completamente por el siguiente, y en cada eslabón posterior de la cadena trófica se produce una disminución de la biomasa.

En promedio, se cree que solo alrededor del 10% de la biomasa y la energía asociada a ella pasa de cada nivel trófico al siguiente, es decir, la producción de organismos de cada nivel trófico posterior es siempre menor en promedio 10 veces la producción del nivel anterior.

Entonces, por ejemplo, en promedio, 100 kg de biomasa de animales herbívoros (consumidores de primer orden) se forman a partir de 1000 kg de plantas. Los carnívoros (consumidores de segundo orden) que comen herbívoros pueden sintetizar 10 kg de su biomasa a partir de esta cantidad, y los depredadores (consumidores de tercer orden) que se alimentan de carnívoros sintetizan solo 1 kg de su biomasa.

De este modo , la biomasa total, la energía contenida en ella, así como el número de individuos disminuyen progresivamente a medida que se asciende en los niveles tróficos.

Este patrón ha sido nombrado Reglas de la pirámide ecológica.

Este fenómeno fue estudiado por primera vez por C. Elton (1927) y nombrado por él pirámide de números o pirámide de Elton.

pirámide ecológica - esta es una representación gráfica de la relación entre productores y consumidores de diferentes órdenes, expresada en unidades de biomasa (pirámide de biomasa), número de individuos (Pirámide de población) o la energía contenida en la masa de materia viva (pirámide de energía) ( Fig. 6).

Figura 6. Diagrama de la pirámide ecológica.

La pirámide ecológica expresa la estructura trófica de los ecosistemas en forma geométrica.

Hay tres tipos principales de pirámides ecológicas: la pirámide de números (numbers), la pirámide de biomasa y la pirámide de energía.

1) pirámides de números, con base en el conteo de organismos de cada nivel trófico; 2) pirámides de biomasa, que utilizan la masa total (generalmente seca) de organismos en cada nivel trófico; 3) pirámides de energía, teniendo en cuenta la intensidad energética de los organismos de cada nivel trófico.

pirámides de energía se consideran los más importantes, ya que se refieren directamente a la base de las relaciones nutricionales: el flujo de energía necesario para la vida de cualquier organismo.

Pirámide de números (números)

La pirámide de números (numbers) o pirámide de Elton refleja el número de organismos individuales en cada nivel trófico.

La pirámide de población es la aproximación más sencilla al estudio de la estructura trófica de un ecosistema.

Al mismo tiempo, primero se calcula el número de organismos en un área determinada, agrupándolos por niveles tróficos y presentándolos como un rectángulo, cuya longitud (o área) es proporcional al número de organismos que viven en un área determinada ( o en un volumen determinado, si se trata de un ecosistema acuático).

La pirámide de población puede tener una forma regular, es decir, ahusarse hacia arriba (correcto o recto), y puede ser una parte superior hacia abajo invertida (invertida o invertida) Fig.7.

derecho (recto) invertido (invertido)

(estanque, lago, pradera, estepa, pastizal, etc.) (bosque templado en verano, etc.)

Figura 7. Pirámide de números (1 - correcto; 2 - invertido)

La pirámide de población tiene una forma regular, es decir se estrecha al pasar del nivel de productores a niveles tróficos superiores, para ecosistemas acuáticos (estanque, lago, etc.) y ecosistemas terrestres (pradera, estepa, pastizal, etc.).

Por ejemplo:

1.000 fitoplancton en un estanque pequeño pueden alimentar a 100 pequeños crustáceos - consumidores de primer orden, que a su vez alimentarán a 10 peces - consumidores de segundo orden, que serán suficientes para alimentar a 1 perca - consumidores de tercer orden.

La pirámide de abundancia de algunos ecosistemas, como los bosques templados, está invertida.

Por ejemplo:

en el bosque de la zona templada en verano, una pequeña cantidad de árboles grandes, productores, suministran alimento a una gran cantidad de insectos y aves fitófagos de pequeño tamaño, consumidores de primer orden.

Sin embargo, en ecología rara vez se utiliza la pirámide de población, ya que debido a la gran cantidad de individuos en cada nivel trófico, es muy difícil representar la estructura de la biocenosis en la misma escala.

pirámide de biomasa

La pirámide de biomasa refleja más plenamente las relaciones nutricionales en el ecosistema, ya que tiene en cuenta la masa total de organismos (biomasa) de cada nivel trófico.

Rectángulos en pirámides de biomasa mostrar la masa de organismos de cada nivel trófico, por unidad de área o volumen.

Las pirámides de biomasa, así como las pirámides de abundancia, pueden ser no solo de forma regular, sino también invertidas (invertidas) Fig.8.

Consumidores de tercer orden

Consumidores de segundo orden

Consumidores de 1er orden

Productores

derecho (recto) invertido (invertido)

(ecosistemas terrestres: (ecosistemas acuáticos: lago,

prado, campo, etc.) estanque y especialmente marina

ecosistemas)

Figura 7. Pirámide de biomasa (1 - correcta; 2 - invertida)

Para la mayoría de los ecosistemas terrestres (pradera, campo, etc.), la biomasa total de cada nivel trófico posterior de la cadena alimentaria disminuye.

Esto crea una pirámide de biomasa, donde predominan significativamente los productores, y por encima de ellos se ubican niveles tróficos decrecientes de consumidores, es decir, la pirámide de biomasa tiene una forma regular.

Por ejemplo:

en promedio, de 1000 kg de plantas, se forman 100 kg del cuerpo de animales herbívoros, consumidores de primer orden (fitófagos). Los animales carnívoros: los consumidores de segundo orden, que comen herbívoros, pueden sintetizar 10 kg de su biomasa a partir de esta cantidad. Y los depredadores: consumidores de tercer orden, que comen carnívoros, sintetizan solo 1 kg de su biomasa.

En los ecosistemas acuáticos (lago, estanque, etc.), la pirámide de la biomasa se puede invertir, donde la biomasa de los consumidores prevalece sobre la biomasa de los productores.

Esto se explica por el hecho de que en los ecosistemas acuáticos el productor es el fitoplancton microscópico, que crece y se reproduce rápidamente), el cual continuamente suministra alimento vivo en cantidades suficientes a los consumidores que crecen y se reproducen mucho más lentamente. El zooplancton (u otros animales que se alimentan de fitoplancton) acumulan biomasa durante años y décadas, mientras que el fitoplancton tiene una vida extremadamente corta (varios días u horas).

Las relaciones funcionales, es decir, la estructura trófica, se pueden representar gráficamente en forma de los llamados pirámides ecológicas. La base de la pirámide es el nivel de productores, y los niveles subsiguientes de nutrición forman los pisos y la parte superior de la pirámide. Hay tres tipos principales de pirámides ecológicas: 1) pirámide de números, que refleja el número de organismos en cada nivel (pirámide de Elton); 2) pirámide de biomasa caracterización de la masa de materia viva - peso seco total, contenido calórico, etc.; 3) pirámide de productos(o energía), que tiene un carácter universal, mostrando el cambio en la producción primaria (o energía) en los sucesivos niveles tróficos.

La pirámide de números refleja un patrón claro descubierto por Elton: el número de individuos que componen una serie de eslabones de productores a consumidores está disminuyendo constantemente (Fig. 5.). Este patrón se basa, en primer lugar, en que se necesitan muchos cuerpos pequeños para equilibrar la masa de un cuerpo grande; en segundo lugar, la cantidad de energía que se pierde de los niveles tróficos inferiores a los superiores (sólo el 10% de la energía llega al anterior de cada nivel) y, en tercer lugar, la dependencia inversa del metabolismo del tamaño de los individuos (cuanto menor es el organismo, cuanto más intenso es el metabolismo, mayor es la tasa de crecimiento, su abundancia y biomasa).

Arroz. 5. Diagrama simplificado de la pirámide de Elton

Sin embargo, las pirámides de abundancia variarán mucho en forma en diferentes ecosistemas, por lo que es mejor dar la abundancia en forma tabular, pero la biomasa, en forma gráfica. Indica claramente la cantidad de toda la materia viva en un nivel trófico dado, por ejemplo, en unidades de masa por unidad de área - g / m 2 o por volumen - g / m 3, etc.

En los ecosistemas terrestres se aplica la siguiente regla pirámides de biomasa: la masa total de las plantas excede la masa de todos los herbívoros, y su masa excede la biomasa total de los depredadores. Se observa esta regla, y la biomasa de toda la cadena cambia con los cambios en el valor de la producción neta, cuya relación entre el crecimiento anual y la biomasa del ecosistema es pequeña y varía en los bosques de diferentes zonas geográficas de 2 a 6 % Y solo en las comunidades de plantas de pradera puede alcanzar el 40-55% y, en algunos casos, en los semidesiertos, el 70-75%. En la fig. 6 muestra las pirámides de biomasa de algunas biocenosis. Como se puede ver en la figura, para el océano, la regla de la pirámide de biomasa anterior no es válida: tiene una forma invertida (invertida).

Arroz. 6. Pirámides de biomasa de algunas biocenosis: P - productores; RK - consumidores herbívoros; PC - consumidores carnívoros; F, fitoplancton; Z - zooplancton

El ecosistema oceánico tiende a acumular biomasa en niveles elevados, en depredadores. Los depredadores viven mucho tiempo y la tasa de renovación de sus generaciones es baja, pero para los productores, las algas fitoplanctónicas, la tasa de renovación puede ser cientos de veces mayor que la reserva de biomasa. Esto significa que su producción neta aquí también excede la producción absorbida por los consumidores, es decir, pasa más energía a través del nivel de los productores que a través de todos los consumidores.

De esto queda claro que un reflejo aún más perfecto de la influencia de las relaciones tróficas en el ecosistema debería Sea la regla de la pirámide del producto (o energía): en cada nivel trófico anterior, la cantidad de biomasa creada por unidad de tiempo (o energía) es mayor que en el siguiente.

Las cadenas tróficas o alimentarias se pueden representar en forma de pirámide. El valor numérico de cada escalón de dicha pirámide se puede expresar por el número de individuos, su biomasa o la energía acumulada en ella.

De acuerdo con Ley de la pirámide energética de R. Lindemann y regla del diez por ciento, aproximadamente el 10% (del 7 al 17%) de la energía o materia en términos energéticos pasa de cada etapa a la siguiente (Fig. 7). Tenga en cuenta que en cada nivel posterior, con una disminución en la cantidad de energía, aumenta su calidad, es decir la capacidad de hacer el trabajo de una unidad de biomasa animal es un número correspondiente de veces mayor que la misma biomasa vegetal.

Un ejemplo sorprendente es la cadena alimentaria de alta mar, representada por el plancton y las ballenas. La masa de plancton se encuentra dispersa en el agua del océano y, con la bioproductividad del mar abierto inferior a 0,5 g/m 2 día -1 , la cantidad de energía potencial en un metro cúbico de agua del océano es infinitamente pequeña en comparación con la energía de una ballena, cuya masa puede alcanzar varios cientos de toneladas. Como sabes, el aceite de ballena es un producto alto en calorías que incluso se utilizó para la iluminación.

De acuerdo con el último dígito, regla del uno por ciento: para la estabilidad de la biosfera en su conjunto, la parte del consumo final posible de la producción primaria neta en términos de energía no debe exceder el 1 %.

Figura 7. Pirámide de transferencia de energía a lo largo de la cadena alimentaria (según Y. Odum)

En la destrucción de la materia orgánica también se observa una secuencia correspondiente: por ejemplo, alrededor del 90 % de la energía de la producción primaria pura es liberada por microorganismos y hongos, menos del 10 % por los invertebrados y menos del 1 % por los vertebrados, que son cosumos finales.

En última instancia, las tres reglas de las pirámides reflejan las relaciones energéticas en el ecosistema, y ​​la pirámide de producción (energía) tiene un carácter universal.

En la naturaleza, en sistemas estables, la biomasa cambia de manera insignificante, es decir, la naturaleza tiende a utilizar toda la producción bruta. El conocimiento de la energía del ecosistema y sus indicadores cuantitativos permiten tener en cuenta con precisión la posibilidad de retirar una u otra cantidad de biomasa vegetal y animal del ecosistema natural sin menoscabar su productividad.

Una persona recibe muchos productos de los sistemas naturales, sin embargo, la agricultura es la principal fuente de alimentación para él. Habiendo creado agroecosistemas, una persona busca obtener la mayor producción de vegetación pura posible, pero necesita gastar la mitad de la masa vegetal en la alimentación de herbívoros, pájaros, etc., una parte significativa de la producción se destina a la industria y se pierde en la basura. , es decir, aquí también se pierde cerca del 90% de la producción pura y solo cerca del 10% se destina directamente al consumo humano.

En los ecosistemas naturales, los flujos de energía también varían en intensidad y naturaleza, pero este proceso está regulado por la acción de factores ambientales, lo que se manifiesta en la dinámica del ecosistema como un todo.

Partiendo de la cadena alimentaria como base del funcionamiento del ecosistema, también es posible explicar los casos de acumulación en los tejidos de determinadas sustancias (por ejemplo, los venenos sintéticos), que a medida que avanzan en la cadena trófica, no no participar en el metabolismo normal de los organismos. De acuerdo a reglas de amplificación biológica hay un aumento de aproximadamente diez veces en la concentración del contaminante cuando se mueve a un nivel superior de la pirámide ecológica. En particular, un contenido elevado aparentemente insignificante de radionucleidos en el agua del río en el primer nivel de la cadena trófica es asimilado por los microorganismos y el plancton, luego se concentra en los tejidos de los peces y alcanza valores máximos en las gaviotas. Sus huevos tienen un nivel de radionúclidos 5000 veces mayor que la contaminación de fondo.

Tipos de ecosistemas:

Existen varias clasificaciones de ecosistemas. En primer lugar, los ecosistemas se subdividen por naturaleza de origen y se dividen en naturales (pantano, pradera) y artificiales (tierra de cultivo, jardín, nave espacial).

Por tamaño Los ecosistemas se dividen en:

1. microecosistemas (por ejemplo, el tronco de un árbol caído o un claro en un bosque)

2. mesoecosistemas (bosque o estepa kolok)

3. macroecosistemas (taiga, mar)

4. ecosistemas globales (planeta Tierra)

La energía es la base más conveniente para clasificar los ecosistemas. Hay cuatro tipos fundamentales de ecosistemas. tipo de fuente de energía:

1. impulsada por el sol, poco subvencionada
2. impulsado por el sol, subvencionado por otras fuentes naturales
3. impulsada por el sol y subvencionada por el hombre
4. impulsada por combustible.

En la mayoría de los casos, se pueden utilizar dos fuentes de energía: el sol y el combustible.

Ecosistemas naturales impulsados ​​por el Sol, poco subvencionados- estos son océanos abiertos, bosques alpinos. Todos ellos reciben energía prácticamente de una sola fuente: el Sol y tienen una productividad baja. El consumo anual de energía se estima en aproximadamente 10 3 -10 4 kcal-m 2 . Los organismos que viven en estos ecosistemas están adaptados a las escasas cantidades de energía y otros recursos y los utilizan de manera eficiente. Estos ecosistemas son muy importantes para la biosfera, ya que ocupan vastas áreas. El océano cubre alrededor del 70% de la superficie terrestre. De hecho, estos son los principales sistemas de soporte vital, mecanismos que estabilizan y mantienen las condiciones en la "nave espacial": la Tierra. Aquí, diariamente se limpian grandes volúmenes de aire, se devuelve el agua a la circulación, se forman las condiciones climáticas, se mantiene la temperatura y se realizan otras funciones que aseguran la vida. Además, sin costo alguno para el hombre, aquí se producen algunos alimentos y otros materiales. También hay que decir sobre los valores estéticos de estos ecosistemas que no se pueden tener en cuenta.

Ecosistemas naturales impulsados ​​por el Sol, subvencionados por otras fuentes naturales, son ecosistemas que son naturalmente fértiles y producen un exceso de materia orgánica que se puede acumular. Reciben subsidios energéticos naturales en forma de energía mareomotriz, oleaje, corrientes provenientes de la zona de captación con lluvia y viento de sustancias orgánicas y minerales, etc. El consumo de energía en ellos oscila entre 1*10 4 a 4*10 4 kcal*m - 2 *año -1 . La parte costera de un estuario como la Bahía de Neva es un buen ejemplo de tales ecosistemas, que son más fértiles que las áreas terrestres adyacentes que reciben la misma cantidad de energía solar. La fertilidad excesiva también se puede observar en las selvas tropicales.

Ecosistemas impulsados ​​por el Sol y subvencionados por humanos, son agroecosistemas terrestres y acuáticos que reciben energía no solo del Sol, sino también de los humanos en forma de subsidios energéticos. Su alta productividad se sustenta en la energía muscular y la energía combustible, que se gastan en cultivo, riego, fertilización, selección, procesamiento, transporte, etc. El pan, el maíz, las papas están "parcialmente hechos de aceite". La agricultura más productiva recibe aproximadamente la misma cantidad de energía que los ecosistemas naturales más productivos del segundo tipo. Su producción alcanza aproximadamente las 50.000 kcal*m -2 año -1 . La diferencia entre ellos radica en el hecho de que una persona dirige la mayor cantidad de energía posible a la producción de productos alimenticios de un tipo limitado, mientras que la naturaleza los distribuye entre muchos tipos y acumula energía para un "día lluvioso", como si la pusiera en diferentes bolsillos. Esta estrategia se conoce como la “estrategia de diversidad para la supervivencia”.

Ecosistemas industriales-urbanos impulsados ​​por combustibles, - la corona de los logros humanos. En las ciudades industriales, la energía de combustible altamente concentrada no complementa, sino que reemplaza a la energía solar. Los alimentos, el producto de los sistemas impulsados ​​por el Sol, se traen a la ciudad desde el exterior. Una característica de estos ecosistemas es la gran necesidad de energía en áreas urbanas densamente pobladas: es de dos a tres órdenes de magnitud mayor que en los primeros tres tipos de ecosistemas. Si en ecosistemas no subsidiados la entrada de energía oscila entre 10 3 y 10 4 kcal*m -2 año -1 , y en sistemas subsidiados del segundo y tercer tipo - de 10 4 a 4*10 en grandes ciudades industriales, el consumo de energía alcanza varios millones de kilocalorías por 1 m 2: Nueva York - 4.8 * 10 6, Tokio - 3 * 10 6, Moscú - 10 6 kcal * m -2 año -1.

El consumo de energía de una persona en una ciudad promedia más de 80 millones de kcal*año -1; para la alimentación, necesita solo alrededor de 1 millón de kcal * año -1, por lo tanto, para todas las demás actividades (domésticas, transporte, industria, etc.), una persona gasta 80 veces más energía de la que se requiere para el funcionamiento fisiológico del cuerpo. Por supuesto, en los países en desarrollo la situación es algo diferente.