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 من خلال المستويات التالية من السلسلة الغذائية - مستهلكون لمختلف الطلبات. 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 الأساسية ، والتي بموجبها يوجد في أي نظام بيئي نباتات أكثر من الحيوانات ، والحيوانات العاشبة أكثر من الحيوانات آكلة اللحوم ، والحشرات أكثر من الطيور.

استنادًا إلى قاعدة الهرم البيئي ، من الممكن تحديد أو حساب النسب الكمية لمختلف الأنواع النباتية والحيوانية في النظم البيئية الطبيعية والمصطنعة. 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 الحالة ، سيكون الهرم البيئي مستقرًا.

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

أنواع الأهرامات البيئية

1. أهرامات الأعداد- في كل مستوى ، يتم تأجيل عدد الكائنات الحية 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.

1. أهرامات الكتلة الحيوية- يميز الكتلة الجافة أو الرطبة الكلية 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 ودورات حياة قصيرة ، يمكن عكس هرم الكتلة الحيوية أو قلبه (يشير إلى الأسفل). 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.

1. أهرامات الطاقة- يوضح حجم 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 سرعة مرور كتلة من الغذاء (كمية الطاقة) ) من خلال كل مستوى غذائي من السلسلة الغذائية ، يعطي الصورة الأكثر اكتمالا للتنظيم 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 أرنبة 10 كجم من المادة النباتية ، فقد يزيد وزنها 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. ومع ذلك ، فإن الانتظام العام لعملية نقل الطاقة لا يزال قائما: تمر طاقة أقل بكثير عبر المستويات الغذائية العليا مقارنة بالمستويات السفلية.

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

1. المستوى - النباتات العشبية ،
2. المستوى - الثدييات العاشبة ، على سبيل المثال ، الأرانب البرية
3. المستوى - الثدييات المفترسة ، على سبيل المثال ، الثعالب

يتم إنشاء العناصر الغذائية في عملية التمثيل الضوئي بواسطة النباتات ، والتي تتكون من مواد غير عضوية (الماء ، وثاني أكسيد الكربون ، والأملاح المعدنية ، وما إلى ذلك) باستخدام طاقة ضوء الشمس من المواد العضوية والأكسجين ، وكذلك ATP. ثم يتم تحويل جزء من الطاقة الكهرومغناطيسية للإشعاع الشمسي إلى طاقة الروابط الكيميائية للمواد العضوية المركبة.

تسمى جميع المواد العضوية التي تم إنشاؤها أثناء عملية التمثيل الضوئي بالإنتاج الأولي الإجمالي (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 ، لأسباب مختلفة ، يمكن للأرانب أن تستهلك نسبة معينة فقط من NPP (وإلا ستختفي موارد تطوير المادة الحية) ، ولكن جزءًا كبيرًا منها ، في شكل مخلفات عضوية ميتة (أجزاء نباتية تحت الأرض) والخشب الصلب من السيقان والفروع 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) وضمان استقلاب الطاقة أو التنفس (R).

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 كبير من الطوابق: حتى النهاية سيتلقى رابط السلسلة الغذائية بنفس الطريقة التي يحصل بها الطابق العلوي من الهرم البيئي القليل من الطاقة بحيث لن يكون كافياً في حالة زيادة 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.

أحد أنواع العلاقات بين الكائنات الحية في النظم البيئية هي العلاقات الغذائية. يوضحون كيف تتحرك الطاقة عبر سلاسل الغذاء في النظم البيئية. النموذج الذي يوضح التغير في كمية الطاقة في روابط سلاسل الغذاء هو الهرم البيئي.

هيكل الهرم

الهرم نموذج رسومي. صورتها مقسمة إلى مستويات أفقية. عدد المستويات يتوافق مع عدد الروابط في سلاسل الغذاء.

تبدأ جميع سلاسل الغذاء بالمنتجين - الكائنات ذاتية التغذية التي تشكل المواد العضوية. إن مجمل أنظمة التغذية الذاتية للنظام البيئي هو ما يوجد في قاعدة الهرم البيئي.

أرز. 1. الهرم البيئي للسكان

عادة ما يحتوي الهرم الغذائي على 3 إلى 5 مستويات.

دائمًا ما تكون الروابط الأخيرة في السلسلة الغذائية عبارة عن مفترسات كبيرة أو بشر. وبالتالي ، فإن عدد الأفراد والكتلة الحيوية في المستوى الأخير من الهرم هي الأدنى.

أعلى 2 مقالاتالذين قرأوا مع هذا

يكمن جوهر الهرم البيئي في صورة الانخفاض التدريجي في الكتلة الحيوية في سلاسل الغذاء.

نموذج الشرطية

يجب أن يكون مفهوما أن النموذج يظهر الواقع بطريقة عامة. كل شيء أكثر صعوبة في الحياة. يمكن أن يؤكل أي كائن حي كبير ، بما في ذلك البشر ، وسيتم استخدام طاقته في الهرم البيئي بطريقة غير نمطية.

دائمًا ما يتم حساب جزء من الكتلة الحيوية للنظام البيئي بواسطة المُحلِّلات - الكائنات الحية التي تتحلل من المواد العضوية الميتة. يأكل المستهلكون المخفضات ، ويعيدون الطاقة جزئيًا إلى النظام البيئي.

تعمل الحيوانات النهمة مثل الدب البني كمستهلك من الدرجة الأولى (يأكل النباتات) وكمحلل (يأكل الجيف) وكمفترس كبير.

أنواع

اعتمادًا على الخاصية الكمية للمستويات المستخدمة ، هناك ثلاثة أنواع من الأهرامات البيئية:

• أعداد؛
• الكتلة الحيوية.
• طاقة.

10٪ حكم

وفقًا لحسابات علماء البيئة ، فإن 10 ٪ من الكتلة الحيوية أو الطاقة من المستوى السابق تذهب إلى كل مستوى لاحق من الهرم البيئي. يتم إنفاق نسبة 90 ٪ المتبقية على العمليات الحيوية للكائنات الحية وتبددها في شكل إشعاع حراري.

يسمى هذا النمط بقاعدة الهرم البيئي للطاقة والكتلة الحيوية.

ضع في اعتبارك الأمثلة. يتكون حوالي 100 كجم من وزن الجسم من العواشب من طن واحد من النباتات الخضراء. عندما تستهلك الحيوانات العاشبة الحيوانات المفترسة الصغيرة ، يزداد وزنها بمقدار 10 كجم. إذا أكلت الحيوانات المفترسة الصغيرة من قبل الحيوانات الكبيرة ، فإن وزن الجسم الأخير يزيد بمقدار 1 كجم.

أرز. 2. الهرم البيئي للكتلة الحيوية

السلسلة الغذائية: العوالق النباتية - العوالق الحيوانية - الأسماك الصغيرة - الأسماك الكبيرة - الرجل. يوجد بالفعل 5 مستويات هنا ، ولكي تزداد كتلة الشخص بمقدار 1 كجم ، من الضروري وجود 10 أطنان من العوالق النباتية في المستوى الأول.

أرز. 3. الهرم البيئي للطاقة

فوائد أبيكس

من المرجح أن تتطور الأنواع الموجودة في الجزء العلوي من الهرم البيئي. في العصور القديمة ، كانت الحيوانات هي التي احتلت أعلى مستوى في العلاقات الغذائية التي تطورت بشكل أسرع.

في حقبة الدهر الوسيط ، احتلت الثدييات المستويات الوسطى من الهرم البيئي وتم إبادتها بنشاط بواسطة الزواحف المفترسة. بفضل انقراض الديناصورات فقط ، تمكنوا من الصعود إلى المستوى الأعلى واتخاذ موقع مهيمن في جميع النظم البيئية.

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". تخضع نسبة المادة الحية على مستويات مختلفة عمومًا لنفس قاعدة نسبة الطاقة الواردة: فكلما 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 من خلال الإشارة إلى الكتلة الإجمالية للأفراد على المستويات الغذائية ، يمكن للمرء الحصول على هرم متدرج. ولكن إذا كانت الكائنات الحية ذات المستويات الأدنى ، في المتوسط ​​، أصغر من الكائنات الحية ذات المستويات الأعلى ، فهناك هرم مقلوب من الكتلة الحيوية. على سبيل المثال ، في النظم البيئية ذات المنتجين الصغار جدًا والمستهلكين الكبار ، قد تكون الكتلة الإجمالية للأخير في أي لحظة معينة أعلى من الكتلة الإجمالية للمنتجين. 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.

لذلك ، في النظام الإيكولوجي للسهوب ، تم إنشاء العدد التالي من الأفراد: المنتجون - 150000 ، المستهلكون العاشبون - 20000 ، المستهلكون آكلة اللحوم - 9000 صناعي / عربي (Odum ، 1075) ، والتي ستكون أكبر 100 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 ، مستهلكون آكلة اللحوم من الدرجة الثانية - 35،490 ، مستهلكون آكلة اللحوم من الدرجة الثالثة - 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 على مستوى عالٍ. 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. هذا هو السبب في أن الطريقة العالمية للتعبير عن الهيكل الغذائي للنظم البيئية هي أهرامات معدلات تكوين المادة الحية ، أي إنتاجية. يطلق عليهم عادة أهرامات الطاقة ، في إشارة إلى تعبير الطاقة عن الإنتاج.

حكم ليندمان (10٪)

يتم إطفاء تدفق الطاقة ، الذي يمر عبر المستويات الغذائية للتكاثر الحيوي ، تدريجياً. في عام 1942 ، صاغ R. منتج - مستهلك - محلل) في المتوسط ​​حوالي 10٪ من الطاقة المتلقاة عند المستوى السابق للهرم البيئي. يكون التدفق العكسي المرتبط باستهلاك المواد والطاقة الناتجة عن المستوى الأعلى لهرم الطاقة البيئي بمستوياته المنخفضة ، على سبيل المثال ، من الحيوانات إلى النباتات ، أضعف بكثير - لا يزيد عن 0.5٪ (حتى 0.25٪) من التدفق الكلي ، وبالتالي يمكننا القول عن دورة الطاقة في التكاثر الحيوي ليست ضرورية.

إذا فقدت الطاقة عشرة أضعاف أثناء الانتقال إلى مستوى أعلى من الهرم البيئي ، فإن تراكم عدد من المواد ، بما في ذلك المواد السامة والمشعة ، يزداد بنفس النسبة تقريبًا. هذه الحقيقة ثابتة في قاعدة التضخيم البيولوجي. هذا صحيح لجميع cenoses. في التكاثر الحيوي المائي ، يرتبط تراكم العديد من المواد السامة ، بما في ذلك مبيدات الآفات الكلورية العضوية ، بكتلة الدهون (الدهون) ، أي من الواضح أن لديه خلفية عن الطاقة.

الأهرامات البيئية

لتصور العلاقة بين الكائنات الحية من الأنواع المختلفة في التكاثر الحيوي ، من المعتاد استخدام الأهرامات البيئية ، والتمييز بين أهرامات الوفرة والكتلة الحيوية والطاقة.

من بين الأهرامات البيئية ، أشهرها وأكثرها استخدامًا هي:

§ هرم الأعداد

§ هرم الكتلة الحيوية

هرم الأعداد. لبناء هرم الوفرة ، يتم حساب عدد الكائنات الحية في منطقة معينة ، وتجميعها وفقًا لمستويات التغذية:

§ المنتجون - النباتات الخضراء.

§ المستهلكون الأساسيون - العواشب ؛

§ مستهلكون ثانويون - آكلات اللحوم ؛

§ المستهلكون من الدرجة الثالثة - آكلات اللحوم ؛

§ مستهلكو ha-e ("الحيوانات المفترسة النهائية") - آكلات اللحوم ؛

§ المُحلِّلات - المُدمِّرات.

يتم تصوير كل مستوى بشكل تقليدي على أنه مستطيل ، يتوافق طوله أو مساحته مع القيمة العددية لعدد الأفراد. من خلال وضع هذه المستطيلات في تسلسل ثانوي ، فإنها تحصل على هرم بيئي من الوفرة (الشكل 3) ، والذي صاغ مبدأه الأساسي عالم البيئة الأمريكي Ch. Elton Nikolaikin N. I. علم البيئة: Proc. للجامعات / N. I. Nikolaykin، N. E. Nikolaykina، O. P. Melekhova. - الطبعة الثالثة ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2004 ..

أرز. الشكل 3. هرم بيئي للوفرة لمرج مليء بالحبوب: عدد - عدد الأفراد

يمكن الحصول على بيانات الأهرامات السكانية بسهولة عن طريق أخذ العينات المباشر ، ولكن هناك بعض الصعوبات:

§ يختلف المنتجون اختلافًا كبيرًا في الحجم ، على الرغم من أن إحدى الحبوب أو الطحالب لها نفس وضع شجرة واحدة. وهذا يخالف أحيانًا الشكل الهرمي الصحيح ، وأحيانًا يعطي أهرامًا مقلوبة (شكل 4) السابق ؛

أرز.

§ مدى وفرة الأنواع المختلفة واسع للغاية بحيث يصعب الحفاظ على الحجم في التمثيل البياني ، ولكن في مثل هذه الحالات يمكن استخدام مقياس لوغاريتمي.

هرم الكتلة الحيوية. تم بناء الهرم البيئي للكتلة الحيوية بشكل مشابه لهرم الوفرة. معناه الرئيسي هو إظهار كمية المادة الحية (الكتلة الحيوية - الكتلة الكلية للكائنات الحية) في كل مستوى غذائي. هذا يتجنب المضايقات النموذجية للأهرامات السكانية. في هذه الحالة ، يتناسب حجم المستطيلات مع كتلة المادة الحية من المستوى المقابل ، لكل وحدة مساحة أو حجم (الشكل 5 ، أ ، ب) نيكولايكين إن. للجامعات / N. I. Nikolaykin، N. E. Nikolaykina، O. P. Melekhova. - الطبعة الثالثة ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2004 .. نشأ مصطلح "هرم الكتلة الحيوية" بسبب حقيقة أنه في الغالبية العظمى من الحالات ، تكون كتلة المستهلكين الأساسيين الذين يعيشون على حساب المنتجين أقل بكثير من كتلة هؤلاء المنتجين ، كتلة المستهلكين الثانويين أقل بكثير من كتلة المستهلكين الأساسيين. من المعتاد إظهار الكتلة الحيوية للمدمِّرات بشكل منفصل.

أرز. الشكل 5. أهرامات الكتلة الحيوية للتكاثر الحيوي للشعاب المرجانية (أ) والقناة الإنجليزية (ب): الأرقام - الكتلة الحيوية بالجرام من المادة الجافة لكل 1 م 2

يحدد أخذ العينات الكتلة الحيوية الدائمة أو الغلة الدائمة (أي في نقطة زمنية معينة) ، والتي لا تحتوي على أي معلومات حول معدل إنتاج أو استهلاك الكتلة الحيوية.

لا يحدد معدل تكوين المادة العضوية إجمالي احتياطياتها ، أي الكتلة الحيوية الكلية لجميع الكائنات الحية في كل مستوى غذائي. لذلك ، قد تحدث أخطاء في مزيد من التحليل إذا لم يتم أخذ ما يلي في الاعتبار:

* أولاً ، إذا كان معدل استهلاك الكتلة الحيوية (الخسارة بسبب الأكل) ومعدل تكوينها متساويين ، فإن المحصول الدائم لا يشير إلى الإنتاجية ، أي حول كمية الطاقة والمواد التي تنتقل من مستوى غذائي إلى آخر ، أعلى ، لفترة زمنية معينة (على سبيل المثال ، لمدة عام). لذلك ، في المراعي الخصبة والمستخدمة بكثافة ، قد يكون غلة الحشائش في الكرمة أقل ، وتكون الإنتاجية أعلى منها في المراعي الأقل خصوبة ، ولكنها قليلة الاستخدام للرعي ؛

* ثانياً ، يتميز صغار المنتجين ، مثل الطحالب ، بمعدل نمو وتكاثر مرتفع ، يوازنه استهلاكهم المكثف من قبل الكائنات الحية الأخرى والموت الطبيعي. لذلك ، لا يمكن أن تكون إنتاجيتهم أقل من إنتاجية كبار المنتجين (على سبيل المثال ، الأشجار) ، على الرغم من أن الكتلة الحيوية على الكرمة يمكن أن تكون صغيرة. بعبارة أخرى ، فإن العوالق النباتية التي لها نفس إنتاجية الشجرة سيكون لها كتلة حيوية أقل بكثير ، على الرغم من أنها يمكن أن تدعم حياة الحيوانات من نفس الكتلة.

ومن نتائج ما تم وصفه "الأهرامات المقلوبة" (الشكل 3 ، ب). غالبًا ما تحتوي العوالق الحيوانية للتكاثر الحيوي للبحيرات والبحار على كتلة حيوية أكبر من غذائها - العوالق النباتية ، ومع ذلك ، فإن معدل تكاثر الطحالب الخضراء مرتفع جدًا لدرجة أنها تستعيد خلال النهار كل الكتلة الحيوية التي تأكلها العوالق الحيوانية. ومع ذلك ، في فترات معينة من العام (أثناء الإزهار الربيعي) ، لوحظت النسبة المعتادة من كتلتها الحيوية (الشكل 6) Nikolaikin NI Ecology: Proc. للجامعات / N. I. Nikolaykin، N. E. Nikolaykina، O. P. Melekhova. - الطبعة الثالثة ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2004 ..

أرز. الشكل 6. التغيرات الموسمية في أهرامات الكتلة الحيوية للبحيرة (على سبيل المثال إحدى البحيرات الإيطالية): الأرقام - الكتلة الحيوية بالجرام من المادة الجافة لكل 1 م 3

الظواهر الشاذة خالية من أهرامات الطاقات ، والتي نعتبرها أدناه.

هرم الطاقة. الطريقة الأساسية لتعكس العلاقات بين الكائنات الحية ذات المستويات الغذائية المختلفة والتنظيم الوظيفي للتكاثر الحيوي هي هرم الطاقة ، حيث يتناسب حجم المستطيلات مع مكافئ الطاقة لكل وحدة زمنية ، أي كمية الطاقة (لكل وحدة مساحة أو حجم) التي مرت عبر مستوى غذائي معين خلال الفترة المقبولة (الشكل 7) المرجع نفسه .. يمكن إضافة مستطيل آخر بشكل معقول من أسفل إلى قاعدة هرم الطاقة ، مما يعكس تدفق الطاقة الشمسية.

يعكس هرم الطاقات ديناميكيات مرور كتلة من الطعام عبر سلسلة الغذاء (الغذائية) ، والتي تميزها بشكل أساسي عن أهرامات الوفرة والكتلة الحيوية ، والتي تعكس ثبات النظام (عدد الكائنات الحية عند مستوى معين). لحظة). لا يتأثر شكل هذا الهرم بالتغيرات في حجم وشدة التمثيل الغذائي للأفراد. إذا تم أخذ جميع مصادر الطاقة في الاعتبار ، فسيكون للهرم دائمًا شكل نموذجي (في شكل هرم مع أعلى) ، وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية.

أرز. 7. هرم الطاقة: الأرقام - كمية الطاقة ، كيلوجول * م -2 * ص -1

لا تسمح أهرامات الطاقة فقط بمقارنة التكوينات الحيوية المختلفة ، ولكن أيضًا لتحديد الأهمية النسبية للسكان داخل نفس المجتمع. إنها الأكثر فائدة من بين الأنواع الثلاثة للأهرامات البيئية ، لكن البيانات اللازمة لبناءها هي الأصعب في الحصول عليها.

تعتبر الأهرامات الموضحة في الشكل من أكثر الأمثلة التوضيحية نجاحًا وتوضيحًا للأهرامات البيئية الكلاسيكية. 8 Nikolaikin N. I. البيئة: Proc. للجامعات / N. I. Nikolaykin، N. E. Nikolaykina، O. P. Melekhova. - الطبعة الثالثة ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2004 .. إنها توضح التكاثر الحيوي المشروط الذي اقترحه عالم البيئة الأمريكي ي. أودوم. يتكون "التكاثر الحيوي" من صبي لا يأكل سوى لحم العجل والعجول التي تأكل البرسيم فقط.

أرز.

قاعدة 1٪ علم البيئة. دورة محاضرة. جمعها: مرشح العلوم التقنية ، الأستاذ المساعد تيخونوف إيه آي ، 2002. نقاط باستير ، وكذلك قانون هرم الطاقات من تأليف ر. ليندمان ، أدت إلى صياغة القواعد بنسبة واحد وعشرة بالمائة. بالطبع ، 1 و 10 رقمان تقريبيان: حوالي 1 وحوالي 10.

"الرقم السحري" 1٪ ينشأ من نسبة احتمالات استهلاك الطاقة و "القدرات" اللازمة لتحقيق الاستقرار في البيئة. بالنسبة للمحيط الحيوي ، لا تتجاوز حصة الاستهلاك المحتمل من إجمالي الإنتاج الأولي 1٪ (والتي تتبع أيضًا من قانون R. ٪ بواسطة اللافقاريات كمستهلكين للطلبات الدنيا والبعض الآخر عبارة عن بكتيريا وفطريات الرخويات). بمجرد أن بدأت البشرية ، على مشارف الماضي وقروننا ، في استخدام قدر أكبر من إنتاج المحيط الحيوي (الآن على الأقل 10٪) ، توقف مبدأ Le Chatelier-Brown عن الوفاء به (على ما يبدو ، من حوالي 0.5 ٪ من إجمالي الطاقة للمحيط الحيوي): لم ينتج الغطاء النباتي نمو الكتلة الحيوية وفقًا للزيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون ، إلخ. (لوحظت زيادة في كمية الكربون المرتبطة بالنباتات فقط في القرن الماضي).

من الناحية التجريبية ، فإن عتبة الاستهلاك من 5 - 10 ٪ من كمية المادة ، والتي ، عند المرور خلالها ، تؤدي إلى تغييرات ملحوظة في أنظمة الطبيعة ، معترف بها تمامًا. تم اعتماده بشكل أساسي على مستوى حدسي تجريبي ، دون التمييز بين أشكال وطبيعة التحكم في هذه الأنظمة. تقريبًا ، من الممكن تقسيم التحولات الناشئة للأنظمة الطبيعية بنوع عضوي وكونسورتيوم من التحكم ، من ناحية ، والأنظمة السكانية ، من ناحية أخرى. بالنسبة للأول ، فإن الكميات التي تهمنا هي الحد الأدنى للخروج من الحالة الثابتة حتى 1٪ من تدفق الطاقة ("القاعدة" للاستهلاك) وعتبة التدمير الذاتي - حوالي 10٪ من هذه "القاعدة". بالنسبة للأنظمة السكانية ، يؤدي تجاوز 10٪ في المتوسط ​​من حجم السحب إلى خروج هذه الأنظمة من الحالة الثابتة.

1. ما هي الشبكة الغذائية؟

إجابه. سلسلة الغذاء (الغذائية) - سلسلة من أنواع النباتات والحيوانات والفطريات والكائنات الحية الدقيقة التي ترتبط ببعضها البعض من خلال العلاقات: الغذاء - المستهلك. الشبكة الغذائية هي نظام من العلاقات بين سلاسل الغذاء.

2. ما هي الكائنات الحية المنتجين؟

إجابه. المنتجون - الكائنات الحية القادرة على تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية ، أي جميع الكائنات ذاتية التغذية. هذه نباتات خضراء بشكل أساسي (تقوم بتجميع المواد العضوية من المواد غير العضوية في عملية التمثيل الضوئي) ، ومع ذلك ، فإن بعض أنواع البكتيريا ذات التغذية الكيميائية قادرة على التخليق الكيميائي البحت للمواد العضوية دون ضوء الشمس.

3. كيف يختلف المستهلكون عن المنتجين؟

الأسئلة بعد الفقرة 85

1. ما هو الهرم البيئي؟ ما هي العمليات في المجتمع التي تعكسها؟

إجابه. يحدد الانخفاض في كمية الطاقة أثناء الانتقال من مستوى غذائي إلى آخر (أعلى) عدد هذه المستويات ونسبة الحيوانات المفترسة إلى الفريسة. تشير التقديرات إلى أن أي مستوى غذائي معين يتلقى حوالي 10٪ (أو أكثر بقليل) من طاقة المستوى السابق. لذلك ، نادرًا ما يكون العدد الإجمالي لمستويات التغذية أكثر من أربعة أو ستة.

تسمى هذه الظاهرة ، المصورة بيانياً ، بالهرم البيئي. هناك هرم من الأعداد (أفراد) وهرم من الكتلة الحيوية وهرم للطاقة.

تتكون قاعدة الهرم من قبل المنتجين (النباتات). وفوقهم يوجد مستهلكون من الدرجة الأولى (العواشب). يتم تمثيل المستوى التالي من قبل مستهلكي الترتيب الثاني (الحيوانات المفترسة). وهكذا إلى قمة الهرم الذي تحتله أضخم الحيوانات المفترسة. عادة ما يتوافق ارتفاع الهرم مع طول السلسلة الغذائية.

يُظهر هرم الكتلة الحيوية نسبة الكتلة الحيوية للكائنات ذات المستويات الغذائية المختلفة ، موضحة بيانياً بحيث يكون طول أو مساحة المستطيل المقابل لمستوى غذائي معين متناسبًا مع كتلته الحيوية

2. ما هو الفرق بين أهرامات الأرقام والطاقة؟

إجابه. يمكن تصنيف الأهرامات البيئية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

أهرامات الوفرة ، والتي تعكس وفرة الكائنات الحية الفردية ؛ أهرامات الكتلة الحيوية التي تميز الكتلة الإجمالية للأفراد من كل مستوى غذائي ؛ أهرامات الإنتاج التي تميز إنتاج كل مستوى غذائي.

الأهرامات السكانية ، كقاعدة عامة ، هي الأقل إفادة وإرشادية ، لأن وفرة الكائنات الحية من نفس المستوى الغذائي في النظام البيئي تعتمد إلى حد كبير على حجمها. على سبيل المثال ، كتلة الثعلب الواحد تساوي كتلة عدة مئات من الفئران.

عادة ، يكون عدد الكائنات غيرية التغذية في النظام البيئي أعلى من تلك الموجودة في ذاتية التغذية. يمكن أن تتغذى ما يصل إلى عدة آلاف من الحشرات على شجرة واحدة (المستوى الغذائي الأول) (المستوى الغذائي الثاني). مع زيادة المستوى الغذائي للكائنات غيرية التغذية ، يزداد متوسط ​​حجم الأفراد الموجودين عليها عادةً ، وتنخفض أعدادهم. لذلك ، غالبًا ما تبدو الأهرامات السكانية في النظم البيئية مثل "شجرة عيد الميلاد".

تعبر أهرامات الكتلة الحيوية عن العلاقات بين المستويات الغذائية المختلفة للنظام البيئي بشكل أفضل. بشكل عام ، الكتلة الحيوية للمستويات الأدنى تتجاوز المستويات الأعلى. 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 وحيدة الخلية. ويفسر ذلك حقيقة أن الطحالب تأكلها العوالق الحيوانية بسرعة كبيرة ، لكن معدل انقسام خلاياها المرتفع جدًا يحميها من الأكل الكامل.

يتم توفير الصورة الأكثر اكتمالا للتنظيم الوظيفي للنظم البيئية من خلال أهرامات الإنتاج. في الوقت نفسه ، من الأفضل تمثيل قيم الإنتاج لكل مستوى غذائي في وحدات القياس المشتركة ، وأفضلها في وحدات الطاقة. في هذه الحالة ، ستكون أهرامات الإنتاج أهرامات الطاقات.

على النقيض من أهرامات الوفرة والكتلة الحيوية ، والتي تعكس ثبات النظام (أي تحديد عدد الكائنات الحية في لحظة معينة من الزمن) ، تميز أهرامات الإنتاج معدلات مرور الطاقة الغذائية على طول السلاسل الغذائية. إذا تم أخذ جميع قيم استهلاك الطاقة وإنفاقها في السلسلة الغذائية في الاعتبار بشكل صحيح ، فعندئذٍ ، وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، سيكون لأهرام المنتج الشكل الصحيح دائمًا.

لا يعتمد عدد وكتلة الكائنات الحية التي يمكنها الحفاظ على أي مستوى في ظل ظروف معينة على كمية الطاقة الثابتة المتوفرة حاليًا في المستوى السابق (أي على الكتلة الحيوية للأخير) ، ولكن على معدل إنتاج الغذاء عليها.

3. لماذا يمكن أن يكون هرم الأعداد مستقيماً ومقلوباً؟

إجابه. 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 ، قد يتم عكس أهرامات الوفرة أو الكتلة الحيوية ، أي أن المستويات الغذائية المنخفضة قد يكون لها كثافة وكتلة حيوية أقل من المستويات الأعلى.

على سبيل المثال ، يمكن للعديد من الحشرات أن تعيش وتتغذى على شجرة واحدة (هرم من الأرقام المقلوب). يعتبر هرم الكتلة الحيوية المقلوب من سمات النظم البيئية البحرية ، حيث ينقسم المنتجون الأوليون (الطحالب النباتية) بسرعة كبيرة ، ويكون مستهلكوهم (قشريات العوالق الحيوانية) أكبر بكثير ، ولكن يتكاثرون ببطء أكبر. تمتلك الفقاريات البحرية كتلة أكبر ودورة تكاثر طويلة.

احسب حصة الطاقة المستلمة عند المستوى الغذائي الخامس ، بشرط أن تكون الكمية الإجمالية في المستوى الأول 500 وحدة.

إجابه. المستوى الأول 500 ، والثاني 50 ، والثالث 5 ، والرابع 0.5 ، والخامس 0.05 وحدة.