في أي سلسلة غذائية ، لا يتم استخدام جميع الأطعمة لنمو الفرد ، أي لتراكم كتلتها الحيوية. يتم إنفاق جزء منه لتغطية تكاليف طاقة الجسم (التنفس ، الحركة ، التكاثر ، الحفاظ على درجة حرارة الجسم).

في الوقت نفسه ، لا يمكن معالجة الكتلة الحيوية لوصلة واحدة بشكل كامل بالوصلة التالية ، وفي كل رابط لاحق من السلسلة الغذائية ، يحدث انخفاض في الكتلة الحيوية.

في المتوسط ​​، يُعتقد أن حوالي 10 ٪ فقط من الكتلة الحيوية والطاقة المرتبطة بها تمر من كل مستوى غذائي إلى المستوى التالي ، أي دائمًا ما يكون إنتاج الكائنات الحية لكل مستوى تغذوي لاحق أقل في المتوسط ​​بمقدار 10 أضعاف إنتاج المستوى السابق.

لذلك ، على سبيل المثال ، في المتوسط ​​، يتكون 100 كجم من الكتلة الحيوية للحيوانات العاشبة (المستهلكون من الدرجة الأولى) من 1000 كجم من النباتات. يمكن للحيوانات آكلة اللحوم (المستهلكون من الدرجة الثانية) ، التي تأكل العواشب ، أن تصنع 10 كجم من كتلتها الحيوية من هذه الكمية ، والحيوانات المفترسة (المستهلكون) الترتيب الثالث) التي تتغذى على الحيوانات آكلة اللحوم تصنع 1 كجم فقط من كتلتها الحيوية.

في هذا الطريق , إجمالي الكتلة الحيوية ، والطاقة الموجودة فيها ، وكذلك عدد الأفراد يتناقص تدريجياً كلما صعد المرء إلى المستويات الغذائية.

تم تسمية هذا النمط قواعد الهرم البيئي.

تمت دراسة هذه الظاهرة لأول مرة بواسطة C. Elton (1927) وأطلق عليها اسمه هرم الأعداد أو هرم إلتون.

الهرم البيئي - هذا هو صورة بيانيةالنسب بين المنتجين والمستهلكين للطلبات المختلفة ، معبراً عنها بوحدات الكتلة الحيوية (هرم الكتلة الحيوية) ، عدد الأفراد (الهرم السكاني) أو الطاقة الموجودة في كتلة المادة الحية (هرم الطاقة) (الشكل 6).

الشكل 6. رسم تخطيطي للهرم البيئي.

يعبر الهرم البيئي عن الهيكل الغذائي للنظم البيئية في شكل هندسي.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الأهرامات البيئية: هرم الأرقام (الأرقام) ، هرم الكتلة الحيوية وهرم الطاقة.

1) أهرامات الأعداد، بناءً على عدد الكائنات الحية لكل مستوى غذائي ؛ 2) أهرامات الكتلة الحيوية، والتي تستخدم الكتلة الكلية (الجافة عادة) للكائنات الحية في كل مستوى غذائي ؛ 3) أهرامات الطاقة، مع الأخذ في الاعتبار كثافة الطاقة للكائنات الحية لكل مستوى غذائي.

أهرامات الطاقةتعتبر الأهم ، لأنها تشير مباشرة إلى أساس العلاقات الغذائية - تدفق الطاقة اللازمة لحياة أي كائن حي.

هرم الأعداد (أرقام)

يعكس هرم الأرقام (الأرقام) أو هرم إلتون عدد الكائنات الحية الفردية في كل مستوى غذائي.

الهرم السكاني هو أبسط تقريب لدراسة التركيب الغذائي لنظام بيئي.

في هذه الحالة ، يتم حساب عدد الكائنات الحية في منطقة معينة أولاً ، ويتم تجميعها حسب المستويات الغذائية ويتم تقديمها كمستطيل ، يتناسب طول (أو مساحة) مع عدد الكائنات الحية التي تعيش في منطقة معينة (أو في حجم معينإذا كان نظامًا بيئيًا مائيًا).

يمكن أن يكون للهرم السكاني شكل منتظم ، أي مستدق للأعلى (صحيح أو مستقيم) ، ويمكن أن يكون أعلى مقلوب لأسفل (مقلوب أو معكوس) شكل 7.

يمين (مستقيم) مقلوب (مقلوب)

(بركة ، بحيرة ، مرج ، سهوب ، مرعى ، إلخ) (غابة منطقة معتدلةالصيف ، وما إلى ذلك)

الشكل 7. هرم الأعداد (1 - صحيح ؛ 2 - معكوس)

الهرم السكاني له شكل منتظم ، أي يضيق عند الانتقال من مستوى المنتجين إلى المستويات الغذائية الأعلى ، للنظم الإيكولوجية المائية (البركة ، البحيرة ، إلخ) والنظم الإيكولوجية الأرضية (المروج ، السهوب ، المراعي ، إلخ).

فمثلا:

1000 عوالق نباتية في بركة صغيرة يمكنها إطعام 100 من القشريات الصغيرة - مستهلكون من الدرجة الأولى ، والتي بدورها ستطعم 10 أسماك - مستهلكين من الدرجة الثانية ، وهو ما يكفي لإطعام سمكة واحدة - مستهلكين من الدرجة الثالثة.

ينقلب هرم الوفرة لبعض النظم البيئية ، مثل الغابات المعتدلة.

فمثلا:

في غابة المنطقة المعتدلة في الصيف ، هناك عدد صغير من الأشجار الكبيرة - يقوم المنتجون بتزويد الطعام لعدد كبير من الحشرات والطيور الصغيرة الحجم - مستهلكين من الدرجة الأولى.

ومع ذلك ، في علم البيئة ، نادرًا ما يتم استخدام الهرم السكاني ، نظرًا للعدد الكبير من الأفراد في كل مستوى غذائي ، فمن الصعب جدًا عرض بنية التكاثر الحيوي على نفس النطاق.

هرم الكتلة الحيوية

يعكس هرم الكتلة الحيوية بشكل أكمل العلاقات الغذائية في النظام البيئي ، لأنه يأخذ في الاعتبار الكتلة الإجمالية للكائنات الحية (الكتلة الحيوية) لكل مستوى غذائي.

المستطيلات في أهرامات الكتلة الحيوية عرض كتلة الكائنات الحية لكل مستوى غذائي ، لكل وحدة مساحة أو حجم.

أهرامات الكتلة الحيوية ، وكذلك أهرامات الوفرة ، لا يمكن أن تكون فقط الشكل الصحيح، ولكن أيضًا مقلوب (معكوس) الشكل 8.

مستهلكو الترتيب الثالث

المستهلكين من الدرجة الثانية

المستهلكين من الدرجة الأولى

منتجين

يمين (مستقيم) مقلوب (مقلوب)

(النظم البيئية الأرضية: (النظم البيئية المائية: البحيرة ،

المروج والحقول وما إلى ذلك) البرك وخاصة البحرية

النظم البيئية)

الشكل 7. هرم الكتلة الحيوية (1 - صحيح ؛ 2 - مقلوب)

بالنسبة لمعظم النظم الإيكولوجية الأرضية (المروج ، الحقل ، إلخ) ، تنخفض الكتلة الحيوية الكلية لكل مستوى غذائي لاحق من السلسلة الغذائية.

يؤدي هذا إلى إنشاء هرم الكتلة الحيوية ، حيث يسيطر المنتجون بشكل كبير ، ويتناقص تدريجياً المستويات الغذائية للمستهلكين فوقهم ، أي هرم الكتلة الحيوية له شكل منتظم.

فمثلا:

في المتوسط ​​، من بين 1000 كجم من النباتات ، يتم تكوين 100 كجم من جسم الحيوانات العاشبة - مستهلكين من الدرجة الأولى (نباتات نباتية). الحيوانات آكلة اللحوم - يمكن للمستهلكين من الدرجة الثانية ، الذين يأكلون الحيوانات العاشبة ، تصنيع 10 كجم من كتلتهم الحيوية من هذه الكمية. والحيوانات المفترسة - المستهلكون من الدرجة الثالثة ، الذين يأكلون آكلات اللحوم ، يصنعون 1 كجم فقط من كتلتهم الحيوية.

في النظم الإيكولوجية المائية (بحيرة ، بركة ، إلخ) ، يمكن عكس هرم الكتلة الحيوية ، حيث تسود الكتلة الحيوية للمستهلكين على الكتلة الحيوية للمنتجين.

ويفسر ذلك حقيقة أن المنتج في النظم الإيكولوجية المائية هو العوالق النباتية المجهرية ، التي تنمو وتتكاثر بسرعة) ، والتي توفر باستمرار الغذاء الحي بكميات كافية للمستهلكين الذين ينمون ويتكاثرون ببطء أكبر. العوالق الحيوانية (أو الحيوانات الأخرى التي تتغذى على العوالق النباتية) تتراكم الكتلة الحيوية على مدى سنوات وعقود ، في حين أن العوالق النباتية لها عمر قصير للغاية (عدة أيام أو ساعات).

حكم الهرم البيئي

كمية المادة النباتية التي تعمل كأساس للسلسلة الغذائية أكبر بحوالي 10 مرات من كتلة الحيوانات العاشبة ، وكل مستوى غذائي لاحق يحتوي أيضًا على كتلة أقل بعشر مرات.

هرم الأعداد (أرقام)يعكس عدد الكائنات الحية الفردية في كل مستوى. على سبيل المثال ، لإطعام ذئب واحد ، تحتاج على الأقل إلى عدد قليل من الأرانب التي يمكنه اصطيادها ؛ لإطعام هذه الأرانب ، تحتاج إلى عدد كبير من النباتات المختلفة. في بعض الأحيان يمكن عكس أهرامات الأرقام أو عكسها. يتعلق الأمر سلاسل الغذاءالغابات ، عندما يكون المنتجون من الأشجار والمستهلكون الأساسيون هم الحشرات. في هذه الحالة ، يكون مستوى المستهلكين الأساسيين أكثر ثراءً عدديًا من مستوى المنتجين (يتغذى عدد كبير من الحشرات على شجرة واحدة).

هرم الكتلة الحيوية- نسبة كتل الكائنات الحية ذات المستويات الغذائية المختلفة. عادة ، في biocenoses الأرضية ، يكون إجمالي كتلة المنتجين أكبر من كل رابط لاحق. في المقابل ، تكون الكتلة الإجمالية للمستهلكين من الدرجة الأولى أكبر من مستهلكي الدرجة الثانية ، وهكذا. إذا كانت الكائنات الحية لا تختلف كثيرًا في الحجم ، فعادةً ما يُظهر الرسم البياني هرمًا متدرجًا بقمة متدرجة. لذلك ، لتكوين 1 كجم من لحم البقر ، هناك حاجة إلى 70-90 كجم من العشب الطازج.

في النظم البيئية المائية ، من الممكن أيضًا الحصول على هرم الكتلة الحيوية المقلوب أو المقلوب ، عندما تكون الكتلة الحيوية للمنتجين أقل من الكتلة الحيوية للمستهلكين ، وأحيانًا المُحلِّلات. على سبيل المثال ، في المحيط ، مع إنتاجية عالية نسبيًا من العوالق النباتية ، قد تكون كتلتها الإجمالية في لحظة معينة أقل من تلك الخاصة بالمستهلكين (الحيتان ، سمكة كبيرةوالمحار).

تعكس أهرامات الأرقام والكتلة الحيوية إحصائيات النظام ، أي أنها تميز عدد أو الكتلة الحيوية للكائنات في فترة زمنية معينة. لا يعطون معلومات كاملةحول البنية الغذائية للنظام البيئي ، على الرغم من أنها تسمح بحل عدد من المشكلات العملية ، خاصة تلك المتعلقة بالحفاظ على استقرار النظم البيئية. هرم الأرقام يجعل من الممكن ، على سبيل المثال ، حساب القيمة المسموح بها لصيد الأسماك أو اصطياد الحيوانات خلال فترة الصيد دون عواقب على تكاثرها الطبيعي.

هرم الطاقةيعكس حجم تدفق الطاقة ، وسرعة مرور كتلة الطعام عبر السلسلة الغذائية. على هيكل التكاثر الحيوي في أكثرليس مقدار الطاقة الثابتة هو الذي يؤثر ، ولكن معدل إنتاج الغذاء.

لقد ثبت أن الحد الأقصى لمقدار الطاقة المنقولة إلى المستوى الغذائي التالي يمكن أن يكون في بعض الحالات 30٪ من المستوى السابق ، وهذا في أفضل حالة. في العديد من السلاسل الغذائية الحيوية ، يمكن أن تكون قيمة الطاقة المنقولة 1٪ فقط.

في عام 1942 ، صاغ عالم البيئة الأمريكي ر. ليندمان قانون هرم الطاقة(قانون 10 في المائة) ، والذي بموجبه ، في المتوسط ​​، ينتقل حوالي 10 ٪ من الطاقة التي يتلقاها المستوى السابق للهرم البيئي من مستوى تغذوي واحد عبر سلاسل الغذاء إلى مستوى تغذوي آخر. يتم فقد ما تبقى من الطاقة الإشعاع الحراري، في الحركة ، إلخ. تفقد الكائنات الحية ، نتيجة لعمليات التمثيل الغذائي ، حوالي 90٪ من كل الطاقة في كل حلقة من حلقات السلسلة الغذائية ، والتي تُنفق على الحفاظ على وظائفها الحيوية.

العملية الرئيسية التي تحدث في جميع النظم البيئية هي نقل وتداول المادة أو الطاقة. ومع ذلك ، لا مفر من الخسائر. إن حجم هذه الخسائر من مستوى إلى آخر هو ما تعكسه قواعد الأهرامات البيئية.

بعض المصطلحات الأكاديمية

إن تبادل المادة والطاقة هو تدفق موجه في سلسلة المنتجين - المستهلكين. ببساطة ، أكل بعض الكائنات الحية من قبل الآخرين. في الوقت نفسه ، يتم بناء سلسلة أو سلسلة من الكائنات الحية ، والتي ، باعتبارها روابط في السلسلة ، ترتبط بعلاقة "الغذاء - المستهلك". يسمى هذا التسلسل التسلسل الغذائي ، أو سلسلة غذائية. والروابط الموجودة فيه هي مستويات غذائية. المستوى الأول من السلسلة هو المنتجون (النباتات) ، لأنهم وحدهم يستطيعون تكوين مواد عضوية من مواد غير عضوية. الروابط التالية هي المستهلكين (الحيوانات) من الطلبات المختلفة. العواشب هي مستهلكات من الدرجة الأولى ، وستكون الحيوانات المفترسة التي تتغذى على العواشب مستهلكة من الدرجة الثانية. الحلقة التالية في السلسلة ستكون المُحلِّلات - الكائنات التي يكون طعامها بقايا الحياة أو جثث الكائنات الحية.

الأهرامات الرسومية

عالم البيئة البريطاني تشارلز إلتون (1900-1991) عام 1927 ، بناءً على التحليل التغييرات الكميةفي السلاسل الغذائية ، أدخل مفهوم الأهرامات البيئية في علم الأحياء كتوضيح بياني للنسب في النظام البيئي للمنتجين والمستهلكين. يصور هرم إلتون كمثلث مقسومًا على عدد الروابط في السلسلة. أو على شكل مستطيلات تقف فوق بعضها البعض.

أنماط الهرم

قام C. Elton بتحليل عدد الكائنات الحية في السلاسل ووجد أن هناك دائمًا نباتات أكثر من الحيوانات. علاوة على ذلك ، فإن نسبة المستويات من الناحية الكمية هي نفسها دائمًا - يحدث انخفاض في كل مستوى تالٍ ، وهذا استنتاج موضوعي ينعكس في قواعد الأهرامات البيئية.

حكم إلتون

تنص هذه القاعدة على أن عدد الأفراد في تسلسل يتناقص من مستوى إلى آخر. قواعد الهرم البيئي هي النسبة الكمية للمنتجات من جميع مستويات سلسلة غذائية معينة. تقول أن مؤشر مستوى السلسلة سيكون حوالي 10 مرات أقل من المستوى السابق.

إعطاء مثال بسيط من شأنه أن ينقط "و". تأمل السلسلة الغذائية للطحالب - القشريات اللافقارية - الرنجة - الدلفين. يحتاج الدلفين البالغ وزنه 40 كجم إلى أكل 400 كجم من الرنجة ليعيش. ولكي تتواجد هذه الـ 400 كيلوغرام من الأسماك ، هناك حاجة إلى حوالي 4 أطنان من طعامهم - القشريات اللافقارية. لتكوين 4 أطنان من القشريات ، هناك حاجة بالفعل إلى 40 طنًا من الطحالب. هذا ما تعكسه قواعد الهرم البيئي. وفقط في هذه النسبة الهيكل البيئيستكون مستدامة.

أنواع الإيكوبيراميدات

بناءً على المعيار الذي سيؤخذ في الاعتبار عند تقييم الأهرامات ، هناك:

• رقمي.
• تقديرات الكتلة الحيوية.
• تكاليف الطاقة.

في جميع الحالات ، تعكس قاعدة الهرم البيئي انخفاضًا في معيار التقييم الرئيسي بمقدار 10 مرات.

عدد الأفراد والخطوات الغذائية

في هرم الأرقام ، يؤخذ عدد الكائنات في الاعتبار ، وهو ما ينعكس في قاعدة الهرم البيئي. والمثال مع الدلفين يناسب تمامًا التوصيف من هذا النوعالاهرام. ولكن هناك استثناءات - نظام بيئي للغابات به سلسلة من النباتات - الحشرات. سوف ينقلب الهرم ( كمية كبيرةالحشرات تتغذى على نفس الشجرة). هذا هو السبب في أن هرم الأرقام لا يعتبر الأكثر إفادة ودلالة.

وماذا بقي؟

يستخدم هرم الكتلة الحيوية الكتلة الجافة (نادرًا ما تكون رطبة) للأفراد من نفس المستوى كمعيار للتقييم. وحدات القياس - جرام / متر مربع ، كيلوجرام / هكتار أو جرام / متر مكعب. ولكن حتى هنا توجد استثناءات. يتم تنفيذ قواعد الأهرامات البيئية ، التي تعكس انخفاضًا في الكتلة الحيوية للمستهلكين فيما يتعلق بالكتلة الحيوية للمنتجين ، من أجل التكاثر الحيوي ، حيث يكون كلاهما كبيرًا وله دورة حياة طويلة. لكن بالنسبة لأنظمة المياه ، يمكن عكس الهرم مرة أخرى. على سبيل المثال ، في البحار ، تكون الكتلة الحيوية للعوالق الحيوانية التي تتغذى على الطحالب في بعض الأحيان أكبر بثلاث مرات من الكتلة الحيوية للعوالق النباتية نفسها. يحفظ معدل تكاثر العوالق النباتية العالية.

تدفق الطاقة هو المؤشر الأكثر دقة

تظهر أهرامات الطاقة سرعة مرور الطعام (كتلته) من خلال المستويات الغذائية. صاغ قانون هرم الطاقة عالم البيئة البارز من أمريكا ريموند ليندمان (1915-1942) ، بعد وفاته في عام 1942 دخل علم الأحياء كقاعدة عشرة بالمائة. وفقًا لذلك ، فإن 10٪ من الطاقة السابقة تذهب إلى كل مستوى لاحق ، أما الـ 90٪ المتبقية فهي خسائر تذهب لدعم وظائف الجسم الحيوية (التنفس ، تنظيم الحرارة).

معنى الأهرامات

لقد قمنا بتحليل ما تعكسه قواعد الأهرامات البيئية. لكن لماذا نحتاج هذه المعرفة؟ أهرامات الأرقام والكتلة الحيوية تجعل من الممكن حل بعض المشاكل العملية ، لأنها تصف الحالة الثابتة والمستقرة للنظام. على سبيل المثال ، يتم استخدامها في حساب الصيد المسموح به للأسماك أو حساب عدد الحيوانات لإطلاق النار ، حتى لا تزعج استقرار النظام البيئي وتحديد الحجم الأقصى لمجموعة معينة من الأفراد لنظام بيئي معين في مجمله . ويعطي هرم الطاقات فكرة واضحة عن تنظيم المجتمعات الوظيفية ، ويسمح لك بمقارنة النظم البيئية المختلفة من حيث إنتاجيتها.

الآن لن يكون القارئ في حيرة من أمره ، بعد أن تلقى مهمة مثل "وصف ما تعكسه قواعد الأهرامات البيئية" ، والإجابة بجرأة أن هذه هي خسارة المادة والطاقة في سلسلة غذائية معينة.

الهرم البيئي- صور بيانية للعلاقة بين المنتجين والمستهلكين من جميع المستويات (العواشب والحيوانات المفترسة والأنواع التي تتغذى على الحيوانات المفترسة الأخرى) في النظام البيئي.

اقترح عالم الحيوان الأمريكي تشارلز إلتون في عام 1927 تصوير هذه العلاقات بشكل تخطيطي.

في التمثيل التخطيطي ، يظهر كل مستوى على شكل مستطيل ، طول أو مساحة تتوافق مع القيم العددية لرابط السلسلة الغذائية (هرم إلتون) ، أو كتلتها أو طاقتها. تُنشئ المستطيلات المرتبة في تسلسل معين أهرامًا بأشكال مختلفة.

قاعدة الهرم هي المستوى الغذائي الأول - مستوى المنتجين ، تتشكل الطوابق اللاحقة للهرم المستويات التاليةالسلسلة الغذائية - مستهلكين بأوامر مختلفة. ارتفاع جميع الكتل في الهرم هو نفسه ، والطول يتناسب مع العدد أو الكتلة الحيوية أو الطاقة في المستوى المقابل.

تتميز الأهرامات البيئية اعتمادًا على المؤشرات التي تم على أساسها بناء الهرم. في الوقت نفسه ، بالنسبة لجميع الأهرامات ، يتم وضع القاعدة الرئيسية ، والتي بموجبها في أي نظام بيئي المزيد من النباتاتمن الحيوانات ، الحيوانات العاشبة أكثر من الحيوانات آكلة اللحوم ، الحشرات من الطيور.

بناءً على قاعدة الهرم البيئي ، من الممكن تحديد أو حساب النسب الكمية أنواع مختلفةنباتات وحيوانات طبيعية ومصطنعة النظم البيئية. على سبيل المثال ، يحتاج 1 كجم من كتلة حيوان البحر (الفقمة ، الدلفين) إلى 10 كجم من الأسماك التي يتم تناولها ، وتحتاج هذه الـ 10 كجم بالفعل إلى 100 كجم من طعامها - اللافقاريات المائية ، والتي بدورها تحتاج إلى تناول 1000 كجم من الطحالب والبكتيريا لتشكيل مثل هذه الكتلة. في هذه القضيةسيكون الهرم البيئي مستدامًا.

ومع ذلك ، كما تعلم ، هناك استثناءات لكل قاعدة ، والتي سيتم أخذها في الاعتبار في كل نوع من أنواع الأهرامات البيئية.

أنواع الأهرامات البيئية

أهرامات الأرقام - في كل مستوى ، يتم تأجيل عدد الكائنات الفردية

يعكس هرم الأرقام نمطاً واضحاً اكتشفه إلتون: عدد الأفراد الذين يشكلون سلسلة متسلسلة من الروابط من المنتجين إلى المستهلكين يتناقص باطراد (الشكل 3).

على سبيل المثال ، لإطعام ذئب واحد ، تحتاج على الأقل إلى عدد قليل من الأرانب التي يمكنه اصطيادها ؛ لإطعام هذه الأرانب ، تحتاج إلى عدد كبير من النباتات المختلفة. في هذه الحالة ، سيبدو الهرم كمثلث بقاعدة عريضة تتناقص لأعلى.

ومع ذلك ، فإن هذا الشكل من هرم الأعداد ليس نموذجيًا لجميع النظم البيئية. في بعض الأحيان يمكن عكسها أو عكسها. وهذا ينطبق على سلاسل الغذاء في الغابات ، عندما تعمل الأشجار كمنتجين ، والحشرات كمستهلكين أساسيين. في هذه الحالة ، يكون مستوى المستهلكين الأساسيين أكثر ثراءً عدديًا من مستوى المنتجين (يتغذى عدد كبير من الحشرات على شجرة واحدة) ، وبالتالي فإن أهرامات الأرقام هي الأقل إفادة والأقل دلالة ، أي يعتمد عدد الكائنات الحية من نفس المستوى الغذائي إلى حد كبير على حجمها.

أهرامات الكتلة الحيوية - يميز إجمالي الكتلة الجافة أو الرطبة للكائنات عند مستوى غذائي معين ، على سبيل المثال ، بوحدات الكتلة لكل وحدة مساحة - جم / م 2 ، كجم / هكتار ، طن / كم 2 أو لكل حجم - جم / م 3 (الشكل. 4)

عادة ، في biocenoses الأرضية ، يكون إجمالي كتلة المنتجين أكبر من كل رابط لاحق. في المقابل ، تكون الكتلة الإجمالية للمستهلكين من الدرجة الأولى أكبر من مستهلكي الدرجة الثانية ، وهكذا.

في هذه الحالة (إذا كانت الكائنات الحية لا تختلف كثيرًا في الحجم) ، سيبدو الهرم أيضًا كمثلث بقاعدة عريضة تتناقص لأعلى. ومع ذلك ، هناك استثناءات كبيرة لهذه القاعدة. على سبيل المثال ، في البحار ، تكون الكتلة الحيوية للعوالق الحيوانية العاشبة أكبر بكثير (أحيانًا 2-3 مرات) من الكتلة الحيوية للعوالق النباتية ، والتي يتم تمثيلها بشكل أساسي بواسطة الطحالب أحادية الخلية. ويفسر ذلك حقيقة أن الطحالب تأكلها العوالق الحيوانية بسرعة كبيرة ، لكن معدل انقسام خلاياها المرتفع جدًا يحميها من الأكل الكامل.

بشكل عام ، تتميز التكاثر الحيوي الأرضي ، حيث يكون المنتجون كبيرًا ويعيشون طويلًا نسبيًا ، بأهرامات مستقرة نسبيًا ذات قاعدة عريضة. في النظم الإيكولوجية المائية ، حيث يكون المنتجون صغار الحجم وقصير الحجم دورات الحياة، يمكن عكس هرم الكتلة الحيوية أو عكسه (توجيهه لأسفل). لذلك ، في البحيرات والبحار ، تتجاوز كتلة النباتات كتلة المستهلكين إلا خلال فترة الإزهار (الربيع) ، وفي بقية العام قد ينعكس الوضع.

تعكس أهرامات الأرقام والكتلة الحيوية إحصائيات النظام ، أي أنها تميز عدد أو الكتلة الحيوية للكائنات في فترة زمنية معينة. فهي لا توفر معلومات كاملة حول الهيكل الغذائي للنظام البيئي ، على الرغم من أنها تسمح بحل عدد من المشكلات العملية ، خاصة تلك المتعلقة بالحفاظ على استقرار النظم البيئية.

هرم الأرقام يجعل من الممكن ، على سبيل المثال ، حساب القيمة المسموح بها لصيد الأسماك أو اصطياد الحيوانات خلال فترة الصيد دون عواقب على تكاثرها الطبيعي.

أهرامات الطاقة - يوضح مقدار تدفق الطاقة أو الإنتاجية عند المستويات المتتالية (الشكل 5).

على عكس أهرامات الأرقام والكتلة الحيوية ، والتي تعكس إحصائيات النظام (عدد الكائنات الحية في لحظة معينة) ، فإن هرم الطاقة يعكس صورة لسرعة مرور كتلة من الطعام (كمية الطاقة) ) من خلال كل مستوى غذائي في السلسلة الغذائية ، يعطي أكثر عرض كاملحول التنظيم الوظيفي للمجتمعات.

لا يتأثر شكل هذا الهرم بالتغيرات في حجم وكثافة التمثيل الغذائي للأفراد ، وإذا تم أخذ جميع مصادر الطاقة في الاعتبار ، فسيكون للهرم دائمًا مظهر نموذجي بقاعدة عريضة وقمة مستدقة. عند بناء هرم من الطاقة ، غالبًا ما يتم إضافة مستطيل إلى قاعدته ، مما يدل على تدفق الطاقة الشمسية.

في عام 1942 ، صاغ عالم البيئة الأمريكي ر. المستوى الغذائي من خلال سلاسل الغذاء إلى مستوى غذائي آخر. يتم فقدان باقي الطاقة على شكل إشعاع حراري ، وحركة ، وما إلى ذلك. تفقد الكائنات الحية ، نتيجة لعمليات التمثيل الغذائي ، حوالي 90٪ من كل الطاقة التي يتم إنفاقها للحفاظ على نشاطها الحيوي في كل حلقة من حلقات السلسلة الغذائية.

إذا أكلت الأرنب 10 كجم كتلة النبات، ثم يمكن زيادة كتلته بمقدار 1 كجم. يزيد الثعلب أو الذئب ، الذي يأكل 1 كغم من الأرنب ، من كتلته بمقدار 100 غرام فقط ، وتكون هذه النسبة أقل بكثير في النباتات الخشبية بسبب ضعف امتصاص الكائنات للخشب. بالنسبة للأعشاب والطحالب ، تكون هذه القيمة أعلى من ذلك بكثير ، لأنها لا تحتوي على أنسجة يصعب هضمها. لكن النمط العامتظل عملية نقل الطاقة: طاقة أقل بكثير تمر عبر المستويات الغذائية العليا منها عبر المستويات السفلية.

ضع في اعتبارك تحويل الطاقة في نظام بيئي باستخدام مثال سلسلة غذائية بسيطة للمراعي ، حيث لا يوجد سوى ثلاثة مستويات غذائية.

المستوى - النباتات العشبية ،

المستوى - الثدييات العاشبة ، على سبيل المثال ، الأرانب البرية

المستوى - الثدييات المفترسة ، على سبيل المثال ، الثعالب

يتم إنشاء العناصر الغذائية أثناء عملية التمثيل الضوئي بواسطة النباتات مواد غير عضوية(ماء، ثاني أكسيد الكربونوالأملاح المعدنية وما إلى ذلك) باستخدام الطاقة ضوء الشمستشكل المواد العضوية والأكسجين ، وكذلك ATP. جزء من الطاقة الكهرومغناطيسية اشعاع شمسيبينما تتحول إلى طاقة روابط كيميائيةالمواد العضوية المركبة.

الجميع المواد العضوية، الذي تم إنشاؤه في عملية التمثيل الضوئي ، يسمى إجمالي الإنتاج الأولي (GPP). يتم إنفاق جزء من طاقة الإنتاج الأولي الإجمالي على التنفس ، مما يؤدي إلى تكوين صافي الإنتاج الأولي (NPP) ، وهو نفس المادة التي تدخل المستوى الغذائي الثاني وتستخدمها الأرانب البرية.

دع المدرج يحتوي على 200 وحدة تقليدية من الطاقة ، وتكاليف محطات التنفس (R) تكون 50٪ ، أي 100 وحدة تقليدية للطاقة. ثم سيساوي صافي الإنتاج الأولي: NPP = WPP - R (100 = 200-100) ، أي في المستوى الغذائي الثاني ، ستتلقى الأرانب 100 وحدة تقليدية من الطاقة.

ومع ذلك ، بسبب أسباب مختلفةالأرانب البرية قادرة على استهلاك نسبة معينة فقط من NPP (وإلا ستختفي موارد تطوير المادة الحية) ، ولكن جزءًا كبيرًا منها ، في شكل مخلفات عضوية ميتة (أجزاء نباتية تحت الأرض ، وخشب صلب من السيقان ، الفروع ، وما إلى ذلك) لا يمكن أن تأكله الأرانب البرية. يدخل في سلاسل الغذاء المخلفات و (أو) يتحلل بواسطة المُحلِّلات (F). يذهب الجزء الآخر لبناء خلايا جديدة (حجم السكان ، نمو الأرانب - P) والتزويد استقلاب الطاقةأو التنفس (ص).

في هذه الحالة ، وفقًا لنهج التوازن ، ستبدو معادلة التوازن لاستهلاك الطاقة (C) كما يلي: C = P + R + F ، أي سيتم إنفاق الطاقة المستلمة في المستوى الغذائي الثاني ، وفقًا لقانون ليندمان ، من أجل النمو السكاني - P - 10 ٪ ، وسيتم إنفاق 90 ٪ المتبقية على التنفس وإزالة الطعام غير المهضوم.

وهكذا ، في النظم البيئية مع زيادة في المستوى الغذائي ، هناك انخفاض سريع في الطاقة المتراكمة في أجسام الكائنات الحية. من هذا يتضح لماذا سيكون كل مستوى لاحق دائمًا أقل من المستوى السابق ولماذا لا يمكن أن تحتوي السلاسل الغذائية عادةً على أكثر من 3-5 (نادرًا 6) روابط ، ولا يمكن أن تتكون الأهرامات البيئية من عدد كبيرالطوابق: الحلقة الأخيرة من السلسلة الغذائية ، وكذلك الطابق العلوي من الهرم البيئي ، ستتلقى القليل من الطاقة بحيث لن تكون كافية إذا زاد عدد الكائنات الحية.

مثل هذا التسلسل والتبعية لمجموعات الكائنات الحية المرتبطة في شكل مستويات غذائية هو تدفق المادة والطاقة في التكاثر الحيوي ، وهو أساس تنظيمه الوظيفي.

الأهرامات البيئية هي نماذج بيانية تعكس عدد الأفراد (هرم الأرقام) ، وكمية كتلتها الحيوية (هرم الكتلة الحيوية) أو الطاقة الموجودة فيها (هرم الطاقة) عند كل مستوى غذائي وتشير إلى انخفاض في جميع المؤشرات مع زيادة في المستوى الغذائي.

هناك ثلاثة أنواع من الأهرامات البيئية: الطاقة والكتلة الحيوية والوفرة. تحدثنا عن هرم الطاقة في القسم السابق "نقل الطاقة في النظم البيئية". نسبة المادة الحية إلى مراحل مختلفةبشكل عام تخضع لنفس القاعدة مثل نسبة الطاقة الواردة: كلما ارتفع المستوى ، انخفض إجمالي الكتلة الحيوية وعدد الكائنات الحية المكونة لها.

هرم الكتلة الحيوية

لا يمكن أن تكون أهرامات الكتلة الحيوية ، وكذلك الأعداد ، مستقيمة فحسب ، بل يمكن أن تكون مقلوبة أيضًا ، وهي خاصية مميزة للنظم الإيكولوجية المائية.

الهرم البيئي (الغذائي) هو تمثيل رسومي للعلاقات الكمية بين المستويات الغذائية للتكاثر الحيوي - المنتجون والمستهلكون (بشكل منفصل لكل مستوى) والمحللات ، معبرًا عنها في أعدادهم (هرم الأرقام) ، الكتلة الحيوية (هرم الكتلة الحيوية) أو معدل الزيادة في الكتلة الحيوية (هرم الطاقات).

هرم الكتلة الحيوية - النسبة بين المنتجين والمستهلكين والمحللين في نظام بيئي ، معبرًا عنها في كتلتها وتصور كنموذج غذائي.

لا يمكن أن تكون أهرامات الكتلة الحيوية ، وكذلك الأرقام ، مستقيمة فحسب ، بل يمكن أن تكون مقلوبة أيضًا (الشكل 12.38). الأهرامات المقلوبة للكتلة الحيوية هي سمة من سمات النظم الإيكولوجية المائية ، حيث ينقسم المنتجون الأساسيون ، على سبيل المثال ، الطحالب النباتية ، بسرعة كبيرة ، ويكون مستهلكوهم ، قشريات العوالق الحيوانية ، أكبر بكثير ، لكن لديهم دورة تكاثر طويلة. على وجه الخصوص ، ينطبق هذا على بيئة المياه العذبة ، حيث يتم توفير الإنتاجية الأولية بواسطة الكائنات المجهرية ، حيث يتم زيادة معدل التمثيل الغذائي لها ، أي أن الكتلة الحيوية منخفضة ، والإنتاجية عالية.

تعتبر أهرامات الكتلة الحيوية أكثر أهمية جوهرية ، لأنها تلغي العامل "المادي" وتظهر بوضوح النسب الكمية للكتلة الحيوية. إذا كانت الكائنات الحية لا تختلف كثيرًا في الحجم ، فعندئذٍ تدل على المستويات الغذائيةالكتلة الكلية للأفراد ، يمكنك الحصول على هرم مدرج. ولكن إذا كائنات حية مستويات أقلفي المتوسط ​​أصغر من الكائنات الحية ذات المستويات الأعلى ، ثم هناك هرم مقلوب من الكتلة الحيوية. على سبيل المثال ، في النظم البيئية مع صغار المنتجين والمستهلكين الكبار ، قد تكون الكتلة الإجمالية للأخير أعلى في أي لحظة الوزن الكليالمنتجين. يمكن إجراء عدة تعميمات لأهرامات الكتلة الحيوية.

يُظهر هرم الكتلة الحيوية التغير في الكتلة الحيوية عند كل مستوى تغذوي تالٍ: بالنسبة للنظم البيئية الأرضية ، يضيق هرم الكتلة الحيوية لأعلى ، وبالنسبة للنظام البيئي للمحيطات ، فإنه يتميز بطابع مقلوب (يضيق لأسفل) ، وهو ما يرتبط بالاستهلاك السريع للعوالق النباتية من قبل المستهلكين.

هرم الأعداد

الهرم السكاني هو هرم بيئي يعكس عدد الأفراد في كل مستوى غذائي. لا يعطي هرم الأرقام دائمًا فكرة واضحة عن هيكل السلاسل الغذائية ، لأنه لا يأخذ في الاعتبار حجم ووزن الأفراد ، ومتوسط ​​العمر المتوقع ، ومعدل التمثيل الغذائي ، ولكن الاتجاه الرئيسي - انخفاض في العدد الأفراد من رابط إلى رابط - في معظم الحالات يمكن تتبعها.

نعم في النظام البيئي في السهوبتم إنشاء العدد التالي من الأفراد: المنتجون - 150000 ، المستهلكون العاشبون - 20000 ، المستهلكون آكلة اللحوم - 9000 صناعي / عربي (Odum ، 1075) ، والتي ستكون أكبر بمئة مرة من حيث الهكتار. يتميز التكاثر الحيوي للمرج بالعدد التالي من الأفراد على مساحة 4 آلاف متر مربع: المنتجون - 5،842،424 ، المستهلكون العاشبون من الدرجة الأولى - 708،024 ، المستهلكون آكلة اللحوم من الدرجة الثانية - 35،490 ، المستهلكون آكلة اللحوم ثالثا الترتيب — 3.

الأهرامات المقلوبة

إذا كان معدل تكاثر الفريسة مرتفعًا ، فعندئذٍ حتى مع وجود كتلة حيوية منخفضة ، يمكن أن تكون هذه المجموعة مصدرًا غذائيًا كافيًا للحيوانات المفترسة ذات الكتلة الحيوية الأعلى ، ولكن معدل التكاثر المنخفض. لهذا السبب ، يمكن عكس الأهرامات السكانية ، أي قد تكون كثافة الكائنات الحية في نقطة زمنية معينة عند مستوى غذائي منخفض أقل من كثافة الكائنات الحية عند مستوى عال. على سبيل المثال ، يمكن للعديد من الحشرات أن تعيش وتتغذى على شجرة واحدة (هرم من الأرقام المقلوب).

هرم الكتلة الحيوية المقلوب هو سمة من سمات النظم البيئية البحرية ، حيث ينقسم المنتجون الأوليون (الطحالب النباتية) بسرعة كبيرة (لديهم إمكانات تكاثرية كبيرة وتغير سريع للأجيال). في المحيط ، يمكن أن يتغير ما يصل إلى 50 جيلًا من العوالق النباتية في غضون عام. مستهلكو العوالق النباتية أكبر بكثير ، لكن يتكاثرون ببطء أكبر. خلال الوقت الذي تتراكم فيه الأسماك المفترسة (خاصة الفظ والحيتان) كتلتها الحيوية ، ستتغير أجيال عديدة من العوالق النباتية ، وتكون الكتلة الحيوية الكلية لها أكبر بكثير.

لا تأخذ أهرامات الكتلة الحيوية في الاعتبار مدة وجود أجيال من الأفراد على مستويات غذائية مختلفة ومعدل تكوين واستهلاك الكتلة الحيوية. لهذا طريقة عالميةتعبيرات التركيب الغذائي للنظم البيئية هي أهرامات معدلات تكوين المادة الحية ، أي إنتاجية. يطلق عليهم عادة أهرامات الطاقة ، في إشارة إلى تعبير الطاقة عن الإنتاج.