A regra da pirâmide ecológica

A quantidade de matéria vegetal, que serve como base da cadeia alimentar, é cerca de 10 vezes maior do que a massa dos animais herbívoros, e cada nível alimentar subsequente também tem uma massa 10 vezes menor.

Pirâmide de números (números) reflete o número de organismos individuais em cada nível. Por exemplo, para alimentar um lobo, você precisa de pelo menos várias lebres para caçar; para alimentar essas lebres, você precisa de uma variedade bastante grande de plantas. Às vezes, as pirâmides de números podem ser invertidas ou invertidas. Isso se aplica às cadeias alimentares da floresta, quando as árvores são produtoras e os insetos são os consumidores primários. Nesse caso, o nível de consumidores primários é numericamente mais rico do que o nível de produtores (um grande número de insetos se alimentam de uma árvore).

Pirâmide de biomassa- a proporção das massas de organismos de diferentes níveis tróficos. Normalmente, nas biocenoses terrestres, a massa total dos produtores é maior do que a de cada elo subsequente. Por sua vez, a massa total dos consumidores de primeira ordem é maior do que a dos consumidores de segunda ordem, etc. Se os organismos não forem muito diferentes em tamanho, o gráfico geralmente mostra uma pirâmide escalonada com um topo afilado. Assim, para a formação de 1 kg de carne bovina, são necessários 70-90 kg de capim fresco.

Em ecossistemas aquáticos, também é possível obter uma pirâmide de biomassa invertida, ou invertida, quando a biomassa dos produtores acaba sendo menor que a dos consumidores, e às vezes até mesmo decompositores. Por exemplo, no oceano, com uma produtividade bastante alta de fitoplâncton, a massa total no momento pode ser menor do que a dos consumidores consumidores (baleias, peixes grandes, moluscos).

As pirâmides de números e biomassas refletem a estática do sistema, ou seja, caracterizam o número ou biomassa de organismos em um determinado período de tempo. Não fornecem informações completas sobre a estrutura trófica do ecossistema, embora permitam resolver uma série de problemas práticos, especialmente aqueles relacionados à manutenção da estabilidade dos ecossistemas. A pirâmide de números permite, por exemplo, calcular a quantidade permitida de captura de peixes ou abate de animais durante o período de caça, sem consequências para a sua reprodução normal.

Pirâmide de energia reflete a magnitude do fluxo de energia, a taxa na qual uma massa de alimento passa pela cadeia alimentar. A estrutura da biocenose é amplamente influenciada não pela quantidade de energia fixa, mas pela taxa de produção de alimentos.

Foi estabelecido que a quantidade máxima de energia transferida para o próximo nível trófico pode, em alguns casos, ser 30% do anterior, e isso é, na melhor das hipóteses. Em muitas biocenoses, cadeias alimentares, a quantidade de energia transferida pode ser tão baixa quanto 1%.

Em 1942, o ecologista americano R. Lindeman formulou a lei da pirâmide de energias(Lei dos 10 por cento), segundo a qual de um nível trófico através das cadeias alimentares para outro nível trófico, em média, cerca de 10% da energia recebida no nível anterior da pirâmide ecológica passa. O resto da energia é perdido na forma de radiação de calor, movimento, etc. Como resultado de processos metabólicos, os organismos perdem cerca de 90% de toda a energia em cada elo da cadeia alimentar, que é gasta na manutenção de sua atividade vital.

1. Pirâmides de números- em cada nível, o número de organismos individuais é depositado.

A pirâmide de números reflete um padrão claro descoberto por Elton: o número de indivíduos que compõem uma série sequencial de links dos produtores aos consumidores está diminuindo continuamente (Fig. 3).

Por exemplo, para alimentar um lobo, você precisa de pelo menos várias lebres para caçar; para alimentar essas lebres, você precisa de uma variedade bastante grande de plantas. Nesse caso, a pirâmide se parecerá com um triângulo com uma base larga afinando para cima.

No entanto, essa forma de pirâmide de números não é típica para todos os ecossistemas. Às vezes, eles podem ser revertidos ou invertidos. Isso se aplica às cadeias alimentares da floresta, quando as árvores são produtoras e os insetos são os consumidores primários. Nesse caso, o nível de consumidores primários é numericamente mais rico do que o nível de produtores (um grande número de insetos se alimentam de uma árvore), portanto, as pirâmides de números são as menos informativas e menos indicativas, ou seja, o número de organismos do mesmo nível trófico depende muito de seu tamanho.

2. Pirâmides de biomassa- caracteriza o peso total seco ou úmido de organismos em um determinado nível trófico, por exemplo, em unidades de massa por unidade de área - g / m 2, kg / ha, t / km 2 ou por volume - g / m 3 (Fig . 4)

Normalmente, nas biocenoses terrestres, a massa total dos produtores é maior do que a de cada elo subsequente. Por sua vez, a massa total dos consumidores de primeira ordem é maior do que a dos consumidores de segunda ordem, etc.

Nesse caso (se os organismos não forem muito diferentes em tamanho), a pirâmide também terá a forma de um triângulo com uma base larga afilando para cima. No entanto, existem exceções significativas a esta regra. Por exemplo, nos mares, a biomassa do zooplâncton herbívoro é significativamente (às vezes 2-3 vezes) maior do que a biomassa do fitoplâncton, que é representada principalmente por algas unicelulares. Isso se deve ao fato de que as algas são consumidas muito rapidamente pelo zooplâncton, mas a taxa muito alta de divisão celular as impede de serem totalmente consumidas.

Em geral, para biogeocenoses terrestres, onde os produtores são grandes e vivem por um tempo relativamente longo, pirâmides relativamente estáveis ​​com uma base larga são características. Em ecossistemas aquáticos, onde os produtores são pequenos em tamanho e têm ciclos de vida curtos, a pirâmide de biomassa pode ser invertida ou invertida (a ponta é direcionada para baixo). Assim, em lagos e mares, a massa das plantas excede a massa dos consumidores apenas durante o período de floração (primavera), e no resto do ano pode ser criada a situação inversa.

As pirâmides de números e biomassas refletem a estática do sistema, ou seja, caracterizam o número ou biomassa de organismos em um determinado período de tempo. Não fornecem informações completas sobre a estrutura trófica do ecossistema, embora permitam resolver uma série de problemas práticos, especialmente aqueles relacionados à manutenção da estabilidade dos ecossistemas.

A pirâmide de números permite, por exemplo, calcular a quantidade permitida de captura de peixes ou abate de animais durante o período de caça, sem consequências para a sua reprodução normal.

3. Pirâmides de energia- mostra a quantidade de fluxo de energia ou produtividade em níveis sucessivos (fig. 5).

Em contraste com as pirâmides de números e biomassa, que refletem a estática do sistema (o número de organismos em um determinado momento), a pirâmide de energia, refletindo a imagem das taxas de passagem da massa de alimentos (quantidade de energia ) através de cada nível trófico da cadeia alimentar, fornece o quadro mais completo da organização funcional das comunidades.

A forma desta pirâmide não é afetada por mudanças no tamanho e na taxa metabólica dos indivíduos, e se todas as fontes de energia forem levadas em consideração, a pirâmide sempre terá uma aparência típica com uma base larga e um topo afilado. Ao construir uma pirâmide de energia, um retângulo é frequentemente adicionado à sua base para mostrar o influxo de energia solar.

Em 1942, o ecologista americano R. Lindeman formulou a lei da pirâmide energética (a lei dos 10 por cento), segundo a qual, em média, cerca de 10% da energia fornecida ao nível anterior da pirâmide ecológica passa de um trófico nível através das cadeias alimentares para outro nível trófico. O resto da energia é perdido na forma de radiação de calor, movimento, etc. Como resultado de processos metabólicos, os organismos perdem cerca de 90% de toda a energia em cada elo da cadeia alimentar, que é gasta na manutenção de sua atividade vital.

Se uma lebre comeu 10 kg de massa vegetal, seu próprio peso pode aumentar em 1 kg. Uma raposa ou lobo, ao comer 1 kg de lebre, aumenta seu peso em apenas 100 g. Nas plantas lenhosas, essa proporção é muito menor devido ao fato de a madeira ser mal absorvida pelos organismos. Para gramíneas e algas, esse valor é muito maior, pois faltam tecidos de difícil digestão. No entanto, a regularidade geral do processo de transferência de energia permanece: muito menos energia passa pelos níveis tróficos superiores do que pelos inferiores.

Consideremos a transformação de energia em um ecossistema usando o exemplo de uma cadeia trófica de pastagem simples, na qual existem apenas três níveis tróficos.

1. Nível - plantas herbáceas,

2. Nível - mamíferos herbívoros, por exemplo, lebres

3. Nível - mamíferos predadores, como raposas

Os nutrientes são criados no processo de fotossíntese pelas plantas, que a partir de substâncias inorgânicas (água, dióxido de carbono, sais minerais, etc.), utilizando a energia da luz solar, formam matéria orgânica e oxigênio, além do ATP. Parte da energia eletromagnética da radiação solar é então convertida em energia de ligações químicas de substâncias orgânicas sintetizadas.

Toda matéria orgânica criada durante a fotossíntese é chamada de produção primária bruta (GCP). Parte da energia da produção primária bruta é gasta na respiração, resultando na formação da produção primária líquida (NPP), que é a própria substância que entra no segundo nível trófico e é usada pelas lebres.

Deixe o VPP ser 200 unidades convencionais de energia e os custos das plantas para respiração (R) - 50%, ou seja, 100 unidades convencionais de energia. Então, a produção primária líquida será igual a: NPP = RWP - R (100 = 200 - 100), ou seja, ao segundo nível trófico, as lebres receberão 100 unidades convencionais de energia.

No entanto, por várias razões, as lebres são capazes de consumir apenas uma certa fração do NPP (caso contrário, os recursos para o desenvolvimento da matéria viva desapareceriam), enquanto uma parte significativa deles, na forma de restos orgânicos mortos (partes subterrâneas das plantas, madeira maciça de caules, ramos, etc.) não pode ser comida por lebres. Ele entra nas cadeias alimentares detríticas e / ou é degradado por decompositores (F). A outra parte é gasta na construção de novas células (tamanho da população, aumento de lebres - P) e na garantia do metabolismo energético ou da respiração (R).

Nesse caso, de acordo com a abordagem de equilíbrio, a igualdade de equilíbrio do consumo de energia (С) será a seguinte: С = Р + R + F, ou seja, a energia recebida no segundo nível trófico será gasta, segundo a lei de Lindemann, no crescimento populacional - P - 10%, os 90% restantes serão gastos na respiração e retirada dos alimentos não digeridos.

Assim, nos ecossistemas, com o aumento do nível trófico, ocorre uma rápida diminuição da energia acumulada nos corpos dos organismos vivos. Portanto, é claro por que cada nível subsequente sempre será menor do que o anterior e por que as cadeias alimentares geralmente não podem ter mais do que 3-5 (raramente 6) ligações, e as pirâmides ecológicas não podem consistir de um grande número de andares: até o final elo da cadeia alimentar, bem como ao andar superior da pirâmide ecológica, receberá tão pouca energia que não será suficiente em caso de aumento do número de organismos.

Tal sequência e subordinação de grupos de organismos conectados na forma de níveis tróficos representam os fluxos de matéria e energia na biogeocenose, base de sua organização funcional.

O tipo de relação mais importante entre os organismos na biocenose, que realmente forma sua estrutura, é a relação alimentar entre um predador e uma presa: alguns estão comendo, outros estão sendo comidos. Ao mesmo tempo, todos os organismos, vivos e mortos, são alimento para outros organismos: uma lebre come grama, uma raposa e um lobo caçam lebres, aves de rapina (falcões, águias, etc.) são capazes de arrastar e comer ambos uma raposa e um filhote de lobo. Plantas mortas, lebres, raposas, lobos, pássaros tornam-se alimento para detritívoros (decompositores ou outros destruidores).

Uma cadeia alimentar é uma sequência de organismos em que cada um se alimenta ou decompõe o outro. Ele representa o caminho de um fluxo unidirecional de uma pequena parte da energia solar altamente eficiente absorvida durante a fotossíntese, que entrou na Terra, movendo-se através de organismos vivos. Por fim, essa cadeia retorna ao ambiente natural na forma de energia térmica ineficiente. Os nutrientes também passam dos produtores aos consumidores e, em seguida, aos redutores e, em seguida, de volta aos produtores.

Cada elo da cadeia alimentar é denominado nível trófico. O primeiro nível trófico é ocupado por autótrofos, também chamados de produtores primários. Os organismos do segundo nível trófico são chamados de consumidores primários, o terceiro - consumidores secundários, etc. Normalmente existem quatro ou cinco níveis tróficos e raramente mais de seis (Fig. 1).

Existem dois tipos principais de teias alimentares - pastoreio (ou “pastoreio”) e detrital (ou “decomposição”).

Arroz. 1. Cadeias alimentares de biocenose de acordo com N.F. Reimers: generalizado (a) e real (b)

As setas na Figura 1 mostram a direção do movimento da energia e os números indicam a quantidade relativa de energia que chega ao nível trófico.

Nas cadeias alimentares de pastagens, o primeiro nível trófico é ocupado por plantas verdes, o segundo por animais de pastagem (o termo "pasto" inclui todos os organismos que se alimentam de plantas) e o terceiro por predadores.

Então, cadeias alimentares de pastagens são:

MATERIAL DA PLANTA (por exemplo, néctar) => VOAR => ARANHA =>

=> DESEMBARQUE => CORUJA

PINK BUSH JUICE => Aphids => JOANINHA => ARANHA =>

=> PÁSSARO INSECTIVO => PÁSSARO PREDATÓRIO.

A cadeia alimentar de detritos começa com detritos de acordo com o esquema:

DETRITO -> DETRITÓFAGO -> PREDADOR

Cadeias alimentares detríticas típicas são:

FOREST LEAF => RAINWORM => BLACKBREAK =>

=> SAGIT HAWK

ANIMAL MORTO => CARTUCHO FLY GARS => GRASS FROG => COMUM JÁ.

O conceito de cadeias alimentares nos permite rastrear ainda mais o ciclo dos elementos químicos na natureza, embora cadeias alimentares simples como as mostradas anteriormente, onde cada organismo é apresentado como se alimentando de organismos de apenas um tipo de organismo, sejam raras na natureza.

As conexões reais de alimentos são muito mais complicadas, porque um animal pode se alimentar de organismos de diferentes tipos incluídos na mesma cadeia alimentar ou em cadeias diferentes, o que é especialmente característico de predadores (consumidores) de níveis tróficos mais elevados. A relação entre o pastejo e as cadeias alimentares detríticas é ilustrada pelo modelo de fluxo de energia proposto por Yu Odum (Fig. 2).

Animais onívoros (em particular, humanos) se alimentam de consumidores e produtores. Assim, na natureza, as cadeias alimentares se entrelaçam e formam teias (tróficas) alimentares.

Arroz. 2. Esquema de pastagem e cadeias alimentares detríticas (de acordo com Yu. Odum)

Regra de Lindemann (10%)

O fluxo de energia, passando pelos níveis tróficos da biocenose, é gradualmente extinto. Em 1942, R. Lindemann formulou a lei da pirâmide das energias, ou a lei (regra) dos 10%, segundo a qual de um nível trófico da pirâmide ecológica passa para outro, seu nível superior (ao longo da "escada": produtor - consumidor - redutor) em média cerca de 10% da energia recebida no nível anterior da pirâmide ecológica. O fluxo reverso associado ao consumo de substâncias e à energia produzida pelo nível superior da pirâmide ecológica por seus níveis inferiores, por exemplo, dos animais às plantas, é muito mais fraco - não mais do que 0,5% (até 0,25%) de seu fluxo total e, portanto, falar sobre a circulação de energia na biocenose não é necessário.

Se a energia for perdida dez vezes durante a transição para um nível superior da pirâmide ecológica, o acúmulo de várias substâncias, incluindo as tóxicas e radioativas, aumenta aproximadamente na mesma proporção. Esse fato é fixado na regra de amplificação biológica. É verdade para todas as cenoses. Em biocenoses aquáticas, o acúmulo de muitas substâncias tóxicas, incluindo pesticidas organoclorados, se correlaciona com a massa de gorduras (lipídios), ou seja, claramente tem uma base energética.

Manguezais As cadeias alimentares podem ser classificadas em dois tipos. A cadeia de pastejo começa com uma planta verde e segue para o pastejo de animais herbívoros e depois para predadores. Exemplos de correntes de pastejo são mostrados nas ilustrações do parágrafo 4.2. A cadeia de detritos vai da matéria orgânica morta (detritos) para decompor microorganismos e animais que comem restos mortos (alimentadores de detritos), e então para predadores que se alimentam desses animais e micróbios. Esta figura mostra um exemplo de uma cadeia alimentar detrítica dos trópicos; é uma cadeia que parte da queda das folhas dos manguezais - árvores e arbustos que crescem nas costas marítimas e nos estuários dos rios que são periodicamente inundados pelas marés. Suas folhas caem nas águas salobras, cobertas de manguezais, e são carregadas pela corrente ao longo da vasta área das baías. Na água, fungos, bactérias e protozoários se desenvolvem nas folhas caídas que, junto com as folhas, são comidas por inúmeros organismos: peixes, moluscos, caranguejos, crustáceos, larvas de insetos e lombrigas - nematóides. Esses animais se alimentam de peixes pequenos (por exemplo, peixinhos) e, por sua vez, são comidos por peixes grandes e pássaros predadores.

CADEIA ALIMENTAR(cadeia alimentar, cadeia alimentar), a interconexão dos organismos por meio da relação alimento - consumidor (alguns servem de alimento para outros). Neste caso, há uma transformação de matéria e energia de produtores(produtores primários) por meio de consumidores(consumidores) para redutores(conversores de matéria orgânica morta em substâncias inorgânicas, assimiladas pelos produtores).

Existem 2 tipos de cadeias alimentares - pastagem e detritos. A cadeia de pastagem começa com as plantas verdes, vai para animais herbívoros pastando (consumidores de 1ª ordem) e depois para predadores que atacam esses animais (dependendo de sua posição na cadeia, consumidores de 2ª ordens e subseqüentes). A cadeia de detritos começa com detritos (um produto da decomposição da matéria orgânica), vai para os microrganismos que se alimentam deles e, em seguida, para os alimentadores de detritos (animais e microrganismos envolvidos na decomposição da matéria orgânica moribunda).

Um exemplo de cadeia de pastagem é seu modelo multicanal na savana africana. Os produtores primários são ervas e árvores, os consumidores de 1ª ordem são insetos herbívoros e herbívoros (ungulados, elefantes, rinocerontes, etc.), a 2ª ordem são insetos carnívoros, a 3ª ordem são répteis carnívoros (cobras, etc.), 4ª - mamíferos predadores e aves de rapina. Por sua vez, os detritívoros (escaravelhos, hienas, chacais, abutres, etc.) destroem as carcaças dos animais mortos e os restos alimentares dos predadores em cada etapa da cadeia do pasto. O número de indivíduos incluídos na cadeia alimentar em cada um de seus elos diminui gradativamente (regra da pirâmide ecológica), ou seja, o número de vítimas a cada vez supera significativamente o número de seus consumidores. As cadeias alimentares não são isoladas umas das outras, mas entrelaçadas entre si para formar teias alimentares.

A manutenção da atividade vital dos organismos e a circulação da matéria nos ecossistemas, ou seja, a existência dos ecossistemas, depende de um fluxo constante de energia necessária a todos os organismos para sua vida e auto-reprodução (Fig. 12.19).

Arroz. 12,19. Fluxo de energia em um ecossistema (após F. Ramad, 1981)

Ao contrário das substâncias que circulam continuamente por diferentes blocos do ecossistema, que sempre podem ser reaproveitadas, entram no ciclo, a energia só pode ser utilizada uma vez, ou seja, há um fluxo linear de energia através do ecossistema.

Um influxo unilateral de energia como fenômeno natural universal ocorre como resultado da ação das leis da termodinâmica. Primeira lei afirma que a energia pode mudar de uma forma (por exemplo, luz) para outra (por exemplo, a energia potencial dos alimentos), mas não pode ser criada ou destruída. Segunda lei afirma que não pode haver processo associado à conversão de energia, sem a perda de parte dela. Uma certa quantidade de energia em tais transformações é dissipada em energia térmica inacessível e, conseqüentemente, é perdida. Conseqüentemente, não pode haver transformações, por exemplo, de nutrientes em uma substância que compõe o corpo do corpo, indo com 100 por cento de eficiência.

Assim, os organismos vivos são conversores de energia. E toda vez que há uma transformação de energia, parte dela é perdida na forma de calor. Em última análise, toda a energia que entra no ciclo biótico do ecossistema é dissipada na forma de calor. Os organismos vivos não usam calor como fonte de energia para trabalhar - eles usam luz e energia química.

Cadeias e teias alimentares, níveis tróficos

Dentro do ecossistema, as substâncias energéticas são criadas por organismos autotróficos e servem como alimento para os heterótrofos. As conexões alimentares são os mecanismos para a transferência de energia de um organismo para outro.

Exemplo típico: um animal come plantas. Este animal, por sua vez, pode ser comido por outros animais. Dessa forma, a energia pode ser transferida através de uma série de organismos - cada um subseqüente se alimenta do anterior, fornecendo-lhe matéria-prima e energia (Fig. 12.20).

Arroz. 12,20. Circulação biótica: a cadeia alimentar

(de acordo com A.G. Bannikov et al., 1985)

Essa sequência de transferência de energia é chamada cadeia alimentar (trófica), ou circuito de alimentação. O lugar de cada elo na cadeia alimentar é nível trófico. O primeiro nível trófico, como observado anteriormente, é ocupado por autótrofos, ou os chamados produtos primários. Organismos do segundo nível trófico são chamados consumidores primários, terceiro - consumidores secundários etc.

Normalmente existem três tipos de teias alimentares. A cadeia alimentar do predador começa com as plantas e progride de pequenos organismos para organismos cada vez maiores. Em terra, as cadeias alimentares têm de três a quatro elos.

Uma das cadeias alimentares mais simples se parece com (ver fig.12.5):

plant ® lebre ® lobo

produtor ® herbivore ® carnivore

As seguintes cadeias alimentares também são comuns:

material vegetal (por exemplo, néctar) ® fly ® spider ®

musaranho ® coruja.

suco de roseira ® aphid ® joaninha (afid) ®

® spider ® pássaro insetívoro ® ave de rapina.

- (trazidas pela corrente - lago, mar; trazidas pelo homem - terras agrícolas, carregadas pelo vento ou pela precipitação - plantas permanecem nas encostas erodidas das montanhas).

As diferenças entre ecossistema e biogeocenose podem ser resumidas da seguinte forma:

1) biogeocenose - um conceito territorial, refere-se a áreas de terra específicas e tem certos limites que coincidem com os limites da fitocenose. Uma característica da biogeocenose, que N.V. Timofeev-Resovsky, A.N. Tyuryukanov (1966) - nenhum limite biocenótico, geoquímico, geomorfológico e microclimático significativo passa pelo território da biogeocenose.

O conceito de ecossistema é mais amplo do que o de biogeocenose; é aplicável a sistemas biológicos de complexidade e tamanho variáveis; os ecossistemas geralmente não têm um determinado volume e limites rígidos;

2) na biogeocenose, a matéria orgânica é sempre produzida pelas plantas, portanto o principal componente da biogeocenose - fitocenose;

Nos ecossistemas, a matéria orgânica nem sempre é criada por organismos vivos, geralmente vem de fora.

(trazidas pela corrente - lago, mar; trazidas pelo homem - terras agrícolas, carregadas pelo vento ou pela precipitação - as plantas permanecem nas encostas erodidas das montanhas).

3) biogeocenose é potencialmente imortal;

A existência de um ecossistema pode terminar com a cessação da chegada de matéria ou energia a ele.

4) um ecossistema pode ser terrestre e aquático;

Uma biogeocenose é sempre um ecossistema terrestre ou de águas rasas.

5) - na biogeocenose deve haver sempre um único edificador (agrupamento edificatório ou sinusia), que determina toda a vida e estrutura do sistema.

Pode haver vários deles em um ecossistema.

Nos estágios iniciais de desenvolvimento, o ecossistema da encosta é a futura cenose da floresta. Consiste em grupos de organismos com diferentes edificadores e condições ambientais bastante heterogêneas. Somente no futuro, o mesmo agrupamento pode ser influenciado não apenas por seu edificador, mas também pelo edificador da cenose. E o segundo será o principal.

Assim, nem todo ecossistema é uma biogeocenose, mas cada biogeocenose é um ecossistema, totalmente consistente com a definição de Tensley.

Estrutura ecológica da biogeocenose

Cada biogeocenose é composta por determinados grupos ecológicos de organismos, cuja proporção reflete a estrutura ecológica da comunidade, que vem se desenvolvendo há muito tempo em certas condições climáticas, solo-solo e paisagem de forma estritamente regular. Por exemplo, em biogeocenoses de diferentes zonas naturais, a proporção de fitófagos (animais que se alimentam de plantas) e saprófagos muda naturalmente. Nas estepes, regiões semidesérticas e desérticas, os fitófagos prevalecem sobre os saprófagos, enquanto nas comunidades florestais, ao contrário, a saprofagia é mais desenvolvida. Nas profundezas do oceano, o principal tipo de alimento é a predação, enquanto na superfície iluminada do reservatório predominam os filtradores que consomem fitoplâncton ou espécies com alimentos mistos.

>> Pirâmides ecológicas

Pirâmides ecológicas

1. O que é uma teia alimentar?
2. 2 Quais organismos são produtores?
3. Como os consumidores diferem dos produtores?

Transferência de energia na comunidade.

Em qualquer cadeia trófica, nem todos os alimentos são usados ​​para o crescimento de indivíduos, ou seja, para a formação de biomassa. Parte dela é gasta para atender aos custos de energia dos organismos: respiração, movimento, reprodução, manutenção da temperatura corporal, etc. Portanto, em cada elo subsequente a cadeia alimentar há uma diminuição da biomassa. Normalmente, quanto maior for a massa do elo inicial da cadeia alimentar, maior será nos elos subsequentes.

A cadeia alimentar é o principal canal de transferência de energia em uma comunidade. Com a distância do produtor primário, sua quantidade diminui. Há várias razões para isso.

A transferência de energia de um nível para outro nunca é completa. Parte da energia é perdida no processo de processamento dos alimentos e parte não é absorvida pelo corpo de forma alguma e é excretada com excrementos e depois decomposta por destruidores.

Parte da energia é perdida na forma de calor durante a respiração. Qualquer animal, movendo-se, caçando, construindo um ninho ou realizando outras ações, realiza trabalhos que requerem dispêndio de energia, de onde o calor é liberado novamente.

A queda na quantidade de energia durante a transição de um nível trófico para outro (mais alto) determina o número desses níveis e a proporção de predadores e presas. Estima-se que qualquer nível trófico recebe cerca de 10% (ou um pouco mais) da energia do nível anterior. Portanto, o número total de níveis tróficos raramente é superior a quatro ou seis.

Esse fenômeno, representado graficamente, é denominado pirâmide ecológica. Existe uma pirâmide de números (indivíduos), uma pirâmide de biomassa e uma pirâmide de energia.

A base da pirâmide é formada por produtores ( plantas) Acima deles estão os consumidores de primeira ordem (herbívoros). O próximo nível é representado por consumidores de segunda ordem (predadores). E assim por diante até o topo da pirâmide, que é ocupada pelos maiores predadores. A altura da pirâmide geralmente corresponde ao comprimento da cadeia alimentar.

A pirâmide de biomassa mostra a proporção da biomassa de organismos de diferentes níveis tróficos, representada graficamente de forma que o comprimento ou área de um retângulo correspondente a um determinado nível trófico seja proporcional à sua biomassa (Fig. 136).

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Pode ser representado graficamente, na forma das chamadas pirâmides ecológicas. A base da pirâmide é o nível dos produtores e os níveis subsequentes de nutrição formam os pisos e o topo da pirâmide. Existem três tipos principais de pirâmides ecológicas:

1. Uma pirâmide de números refletindo o número de organismos em cada nível;
2. Pirâmide da biomassa, que caracteriza a massa da matéria viva - peso seco total, calorias etc .;
3. A pirâmide de produção (energia), que tem um caráter universal, mostrando a mudança na produção primária (ou energia) em níveis tróficos sucessivos.

Regular números da pirâmide pois as cadeias de pastagem têm uma base muito ampla e um estreitamento acentuado em direção aos consumidores finais. Nesse caso, o número de "etapas" difere em pelo menos 1-3 ordens de magnitude. Mas isso é verdade apenas para comunidades herbáceas - biocenoses de prados ou estepe.

O quadro muda drasticamente se considerarmos uma comunidade florestal (milhares de fitófagos podem se alimentar de uma árvore) ou se fitófagos diferentes, como pulgões e elefantes, aparecerem no mesmo nível trófico. Essa distorção pode ser superada com pirâmides de biomassa.

Em ecossistemas terrestres, a biomassa das plantas é sempre significativamente maior do que a biomassa dos animais, e a biomassa dos fitófagos é sempre maior do que a biomassa dos zoófagos.

As pirâmides de biomassa para ecossistemas aquáticos, especialmente marinhos, parecem diferentes: a biomassa dos animais é geralmente muito maior do que a biomassa das plantas. Essa "incorreção" se deve ao fato de que as pirâmides de biomassa não levam em consideração a duração da existência de gerações de indivíduos em diferentes níveis tróficos, a taxa de formação e o consumo de biomassa. O principal produtor de ecossistemas marinhos é o fitoplâncton, que apresenta um alto potencial reprodutivo e uma rápida mudança de gerações. Durante o tempo até que os peixes predadores (e ainda mais, as morsas e as baleias) acumulem sua biomassa, muitas gerações de fitoplâncton mudarão, cuja biomassa total é muito maior. É por isso que uma forma universal de expressar a estrutura trófica dos ecossistemas são as pirâmides das taxas de formação da matéria viva, ou seja, as pirâmides de energias.

Um reflexo mais perfeito da influência das relações tróficas no ecossistema é a regra pirâmides de produtos (energia): em cada nível trófico anterior, a quantidade de biomassa criada por unidade de tempo (ou energia) é maior do que no próximo. A pirâmide de produtos reflete as leis de consumo de energia nas cadeias alimentares.

Em última análise, todas as três regras da pirâmide refletem as relações de energia no ecossistema, e a pirâmide de produção (energia) tem um caráter universal.

Na natureza, em sistemas estáveis, a biomassa muda de forma insignificante, ou seja, a natureza se esforça para usar totalmente a produção bruta. O conhecimento da energia do ecossistema e seus indicadores quantitativos permitem levar em conta com precisão a possibilidade de retirar uma determinada quantidade de biomassa vegetal e animal de um ecossistema natural sem comprometer sua produtividade.

Uma pessoa recebe muitos produtos dos sistemas naturais, no entanto, a agricultura é a principal fonte de alimento para ela. Tendo criado agroecossistemas, uma pessoa busca obter o máximo de produção de vegetação pura possível, mas ela precisa gastar metade da massa da planta na alimentação de herbívoros, pássaros, etc., uma parte significativa da produção vai para a indústria e se perde em resíduos , ie e aqui cerca de 90% da produção líquida é perdida e apenas cerca de 10% é usada diretamente para consumo humano.

Pirâmides ecológicas

Relações funcionais, ou seja, estrutura trófica, podem ser representadas graficamente, na forma dos chamados pirâmides ecológicas. A base da pirâmide é o nível dos produtores e os níveis subsequentes de nutrição formam os pisos e o topo da pirâmide. Existem três tipos principais de pirâmides ecológicas: 1) pirâmide de números refletindo o número de organismos em cada nível (pirâmide de Elton); 2) pirâmide de biomassa caracterizar a massa de matéria viva - peso seco total, conteúdo calórico, etc .; 3) pirâmide de produto(ou energia), que é de natureza universal, mostrando a mudança na produção primária (ou energia) em níveis tróficos sucessivos.

A pirâmide de números reflete um padrão claro descoberto por Elton: o número de indivíduos formando uma série sequencial de ligações dos produtores aos consumidores está diminuindo continuamente (Fig. 5). Esse padrão é baseado, primeiro, no fato de que muitos corpos pequenos são necessários para equilibrar a massa de um corpo grande; em segundo lugar, a quantidade de energia é perdida dos níveis tróficos inferiores para os superiores (apenas 10% da energia vem de cada nível para o anterior) e, em terceiro lugar, a dependência inversa do metabolismo no tamanho dos indivíduos (os menores o organismo, quanto mais intenso for o metabolismo, maior será a taxa de crescimento (seu número e biomassa).

Arroz. 5. Diagrama simplificado da pirâmide de Elton

No entanto, as pirâmides de tamanho variam muito em forma em diferentes ecossistemas, então é melhor dar o número na forma tabular, mas a biomassa - na forma gráfica. Indica claramente a quantidade de toda a matéria viva em um determinado nível trófico, por exemplo, em unidades de massa por unidade de área - g / m 2 ou por volume - g / m 3, etc.

Em ecossistemas terrestres, a seguinte regra se aplica pirâmides de biomassa: a massa total das plantas excede a massa de todos os herbívoros e sua massa excede toda a biomassa dos predadores. Esta regra é observada, e a biomassa de toda a cadeia muda com mudanças no valor da produção líquida, a razão do crescimento anual do qual para a biomassa do ecossistema é pequena e varia nas florestas de diferentes zonas geográficas de 2 a 6%. E apenas em comunidades de plantas de prado, pode chegar a 40-55% e, em alguns casos, em semidesertos - 70-75%. Na fig. 6 mostra as pirâmides de biomassa de algumas biocenoses. Como pode ser visto na figura, a regra da pirâmide de biomassa acima não é válida para o oceano - ela tem uma aparência invertida (invertida).

Arroz. 6. Pirâmides de biomassa de algumas biocenoses: P - produtores; RK - consumidores herbívoros; PC - consumidores carnívoros; F - fitoplâncton; Z - zooplâncton

O ecossistema oceânico tende a acumular biomassa em níveis elevados em predadores. Os predadores vivem muito e a taxa de rotatividade de suas gerações é baixa, mas para os produtores - em algas fitoplanctônicas, a rotatividade pode ser centenas de vezes maior do que o fornecimento de biomassa. Isso significa que sua produção líquida aqui também excede a produção absorvida pelos consumidores, ou seja, mais energia passa pelo nível dos produtores do que por todos os consumidores.

Portanto, é claro que um reflexo ainda mais perfeito da influência das relações tróficas sobre o ecossistema deve ser a regra da pirâmide de produtos (ou energia): em cada nível trófico anterior, a quantidade de biomassa criada por unidade de tempo (ou energia) é maior do que no próximo.

As cadeias tróficas ou alimentares podem apresentar-se em forma de pirâmide. O valor numérico de cada etapa dessa pirâmide pode ser expresso pelo número de indivíduos, sua biomassa ou energia armazenada nela.

Em concordância com a lei da pirâmide de energias de R. Lindemann e a regra dos dez por cento, aproximadamente 10% (de 7 a 17%) da energia ou matéria em termos de energia passa de cada etapa para a próxima (Fig. 7). Observe que a cada nível subsequente, com uma diminuição na quantidade de energia, sua qualidade aumenta, ou seja, a capacidade de realizar trabalho por unidade de biomassa de um animal é um número correspondente de vezes maior do que a mesma biomassa de plantas.

Um exemplo marcante é a cadeia alimentar em alto mar, representada pelo plâncton e pelas baleias. A massa do plâncton está espalhada na água do oceano e, com a bioprodutividade do mar aberto inferior a 0,5 g / m2 dia -1, a quantidade de energia potencial em um metro cúbico de água do oceano é infinitamente pequena em comparação com a energia de um baleia, cuja massa pode atingir várias centenas de toneladas. Como você sabe, o óleo de baleia é um produto de alto teor calórico que até era usado para iluminação.

De acordo com o último valor formulado regra de um por cento: para a estabilidade da biosfera como um todo, a parcela do possível consumo final de produtos primários líquidos em termos de energia não deve exceder 1%.

Fig. 7. Pirâmide de transmissão de energia ao longo da cadeia alimentar (de acordo com Yu.Odum)

Na destruição da matéria orgânica, uma sequência correspondente também é observada: então cerca de 90% da energia da produção primária pura é liberada por microorganismos e fungos, menos de 10% - pelos invertebrados e menos de 1% - pelos vertebrados, que são o cosumento final.

Em última análise, todas as três regras das pirâmides refletem as relações de energia no ecossistema, e a pirâmide de produção (energia) tem um caráter universal.

Na natureza, em sistemas estáveis, a biomassa muda de forma insignificante, ou seja, a natureza tende a usar totalmente a produção bruta. O conhecimento da energia do ecossistema e seus indicadores quantitativos permitem levar em conta com precisão a possibilidade de retirar uma determinada quantidade de biomassa vegetal e animal de um ecossistema natural sem comprometer sua produtividade.

Uma pessoa recebe muitos produtos dos sistemas naturais, no entanto, a agricultura é a principal fonte de alimento para ela. Tendo criado agroecossistemas, uma pessoa busca obter o máximo de produção de vegetação pura possível, mas ela precisa gastar metade da massa da planta na alimentação de herbívoros, pássaros, etc. cerca de 90% dos produtos puros e apenas cerca de 10% são usados ​​diretamente para consumo humano.

Nos ecossistemas naturais, os fluxos de energia também mudam em intensidade e natureza, mas esse processo é regulado pela ação de fatores ambientais, que se manifestam na dinâmica do ecossistema como um todo.

Baseando-se na cadeia alimentar como base para o funcionamento do ecossistema, também podem ser explicados casos de acúmulo nos tecidos de certas substâncias (por exemplo, venenos sintéticos), que, ao se movimentarem ao longo da cadeia trófica, não participam da metabolismo normal dos organismos. De acordo com regras de aprimoramento biológico há um aumento de aproximadamente dez vezes na concentração do poluente durante a transição para um nível superior da pirâmide ecológica. Em particular, um teor aumentado aparentemente insignificante de radionuclídeos na água do rio no primeiro nível da cadeia trófica é assimilado por microorganismos e plâncton, então se concentra nos tecidos dos peixes e atinge valores máximos nas gaivotas. Seus ovos têm um nível de radionuclídeos 5.000 vezes maior do que a contaminação de fundo.

Tipos de ecossistemas:

Existem várias classificações de ecossistemas. Primeiro, os ecossistemas são subdivididos por natureza de origem e são divididos em naturais (pântano, prado) e artificiais (terras aráveis, jardim, nave espacial).

Por tamanho ecossistemas são subdivididos em:

1. microssistemas (por exemplo, um tronco de árvore caído ou uma clareira em uma floresta)

2. mesoecossistemas (floresta ou estepe)

3. macroecossistemas (taiga, mar)

4.ecossistemas de nível global (planeta Terra)

Energia é a base mais conveniente para classificar ecossistemas. Existem quatro tipos fundamentais de ecossistemas tipo de fonte de energia:

1. impulsionado pelo sol, pouco subsidiado
2. impulsionado pelo sol, subsidiado por outras fontes naturais
3. conduzido pelo sol e subsidiado pelo homem
4. movido por combustível.

Na maioria dos casos, duas fontes de energia também podem ser usadas - o sol e o combustível.

Ecossistemas naturais movidos pelo sol, pouco subsidiados- estes são oceanos abertos, florestas alpinas. Todos recebem energia de praticamente uma única fonte - o Sol e têm baixa produtividade. O consumo anual de energia é estimado em aproximadamente 10 3 -10 4 kcal-m 2. Os organismos que vivem nesses ecossistemas estão adaptados à escassez de energia e outros recursos e os usam de forma eficiente. Esses ecossistemas são muito importantes para a biosfera, pois ocupam grandes áreas. O oceano cobre cerca de 70% da superfície da Terra. Na verdade, esses são os principais sistemas de suporte de vida, mecanismos que estabilizam e mantêm as condições na "espaçonave" - ​​a Terra. Aqui, grandes volumes de ar são purificados todos os dias, a água volta à circulação, as condições climáticas são formadas, a temperatura é mantida e outras funções que dão vida são realizadas. Além disso, alguns alimentos e outros materiais são produzidos aqui sem nenhum custo para os humanos. Deve-se dizer também sobre os inexplicáveis ​​valores estéticos desses ecossistemas.

Ecossistemas naturais movidos pelo Sol, subsidiados por outras fontes naturais, são ecossistemas que possuem fertilidade natural e produzem excesso de matéria orgânica que pode se acumular. Eles recebem subsídios de energia natural na forma de energia das marés, ondas, correntes provenientes da área de captação com chuva e vento, substâncias orgânicas e minerais, etc. O consumo de energia neles varia de 1 * 10 4 a 4 * 10 4 kcal * m - 2 * ano -1. O estuário costeiro, como a Baía de Neva, é um bom exemplo de ecossistemas mais férteis do que áreas adjacentes que recebem a mesma quantidade de energia solar. A fertilidade excessiva também pode ser observada nas florestas tropicais.

Ecossistemas movidos pelo sol e subsidiados por humanos, são agroecossistemas terrestres e aquáticos que recebem energia não só do Sol, mas também dos humanos na forma de subsídios de energia. Sua alta produtividade é sustentada por energia muscular e energia de combustível, que são gastas no cultivo, irrigação, fertilização, seleção, processamento, transporte, etc. Pão, milho e batata são "parcialmente feitos de óleo". A agricultura mais produtiva recebe quase tanta energia quanto os ecossistemas naturais mais produtivos do segundo tipo. Sua produção atinge aproximadamente 50.000 kcal * m -2 ano -1. A diferença entre eles está no fato de que a pessoa direciona o máximo de energia possível para a produção de alimentos de tipo limitado, e a natureza os distribui entre vários tipos e acumula energia para um "dia chuvoso", como se o colocasse em outro bolsos. Essa estratégia é chamada de “estratégia de diversidade de sobrevivência”.

Ecossistemas urbanos industriais movidos a combustível, - a coroa das realizações da humanidade. Nas cidades industriais, a energia altamente concentrada do combustível não complementa, mas substitui a energia solar. Alimentos, produto de sistemas movidos a energia solar, são trazidos de fora para a cidade. Uma característica desses ecossistemas é a enorme demanda por energia em áreas urbanas densamente povoadas - é duas a três ordens de magnitude maior do que nos três primeiros tipos de ecossistemas. Se em ecossistemas não subsidiados, o influxo de energia varia de 10 3 a 10 4 kcal * m -2 ano -1, e em sistemas subsidiados do segundo e terceiro tipos - de 10 4 a 4 * 10 4 kcal * m -2 ano -1 , então em Em grandes cidades industriais, o consumo de energia atinge vários milhões de quilocalorias por 1 m 2: Nova York -4,8 * 10 6, Tóquio - 3 * 10 6, Moscou - 10 6 kcal * m -2 ano -1.

O consumo de energia por uma pessoa na cidade em média é superior a 80 milhões de kcal * ano -1; para a nutrição, necessita apenas cerca de 1 milhão de kcal * ano -1, portanto, para todas as outras atividades (casa, transporte, indústria, etc.), uma pessoa gasta 80 vezes mais energia do que a necessária para o funcionamento fisiológico do corpo. Claro, nos países em desenvolvimento a situação é um pouco diferente.