CATENE TROFICHE
Scopo del lavoro: acquisire competenze nella compilazione e analisi di catene alimentari (trofiche).
informazioni generali
Esistono varie connessioni tra gli organismi viventi negli ecosistemi. Uno dei collegamenti centrali, che, per così dire, cementa una varietà di organismi in un unico ecosistema, è il cibo, o trofico. I legami alimentari uniscono gli organismi sulla base del principio del consumatore di cibo. Ciò porta all'emergere di cibo o catene trofiche. All'interno di un ecosistema, le sostanze contenenti energia sono create da organismi autotrofi e servono da cibo per gli eterotrofi. I legami alimentari sono meccanismi per il trasferimento di energia da un organismo all'altro. Un tipico esempio è un animale che mangia piante. Questo animale, a sua volta, può essere mangiato da un altro animale. In questo modo, l'energia può essere trasferita attraverso un certo numero di organismi.
Ogni successivo si nutre del precedente, fornendogli materie prime ed energia.
Viene chiamata una tale sequenza di trasferimento di energia alimentare nel processo di nutrizione dalla sua fonte attraverso una serie successiva di organismi viventi catena alimentare (trofica), o circuito di alimentazione. Catene trofiche- questo è il percorso di un flusso unidirezionale di energia solare assorbita nel processo di fotosintesi attraverso gli organismi viventi dell'ecosistema nell'ambiente, dove la sua parte inutilizzata viene dissipata sotto forma di energia termica a bassa temperatura.
topi, passeri, piccioni. A volte nella letteratura ecologica qualsiasi connessione alimentare è chiamata connessione "predatore-preda", nel senso che il predatore è il mangiatore. La stabilità del sistema predatore-preda è assicurata dai seguenti fattori:
- l'inefficienza del predatore, la fuga della preda;
- restrizioni ecologiche imposte dall'ambiente esterno sulla dimensione della popolazione;
- disponibilità di risorse alimentari alternative per i predatori;
- riducendo il ritardo nella reazione di un predatore.
Il posto di ogni anello nella catena alimentare è livello trofico. Il primo livello trofico è occupato da autotrofi, o il cosiddetto produttori primari. Gli organismi del secondo livello trofico sono chiamati per-
consumatori primari, terzi - consumatori secondari, ecc.
Le catene alimentari si dividono in due tipologie principali: pascolo (catene di pascolo, catene di consumo) e istritico (catene di decomposizione).
Pianta → lepre → lupo Produttore → erbivoro → carnivoro
Sono diffuse anche le seguenti catene alimentari:
Materiale vegetale (es. nettare) → mosca → ragno → toporagno → gufo.
Linfa di cespuglio di rosa → afide → coccinella → ragno → uccello insettivoro → rapace.
Negli ecosistemi acquatici, in particolare marini, le catene alimentari dei predatori sono più lunghe che in quelle terrestri.
La catena detritica inizia con la materia organica morta - detriti, che viene distrutta dai detritivori mangiati da piccoli predatori, e termina con il lavoro dei decompositori che mineralizzano i residui organici. Le foreste decidue svolgono un ruolo importante nelle catene alimentari detritiche degli ecosistemi terrestri, la maggior parte del cui fogliame non viene mangiato da animali erbivori e fa parte della lettiera forestale. Le foglie vengono frantumate da numerosi detritifagi (funghi, batteri, insetti), quindi inghiottite dai lombrichi, che distribuiscono uniformemente l'humus nello strato superficiale del terreno, formando un mulle. In decomposizione
i microrganismi che completano la catena producono la mineralizzazione finale dei residui organici morti (Fig. 1).
In generale, le catene detritiche tipiche delle nostre foreste possono essere rappresentate come segue:
lettiera → lombrico → merlo → sparviero;
animale morto → larve di mosche carogne → rana comune → serpente.
Riso. 1. Catena alimentare dei detriti (secondo Nebel, 1993)
Come materiale organico iniziale che subisce un trattamento biologico nel suolo da parte di organismi che abitano il suolo, il legno può essere considerato un esempio. Il legno che cade sulla superficie del suolo viene principalmente lavorato da larve di insetti di coleotteri longhorn, trivellatori, trivellatori, che lo usano come cibo. Sono sostituiti dai funghi, il cui micelio si deposita principalmente nei passaggi fatti nel legno dagli insetti. I funghi allentano e distruggono ancora di più il legno. Tale legno sciolto e il micelio stesso risultano essere cibo per le larve di fireflower. Nella fase successiva, le formiche si insediano nel legno già gravemente danneggiato, che distruggono quasi tutte le larve e creano le condizioni per l'insediamento di una nuova generazione di funghi nel bosco. Le lumache iniziano a nutrirsi di tali funghi. La distruzione e l'umificazione del legno è completata dai microbi decompositori.
Analogamente procede l'umificazione e la mineralizzazione del letame di animali selvatici e domestici che entrano nel suolo.
Di norma, il cibo di ogni essere vivente è più o meno vario. Solo tutte le piante verdi "mangiano" allo stesso modo: anidride carbonica e ioni di sali minerali. Negli animali, i casi di una stretta specializzazione della nutrizione sono piuttosto rari. Come risultato di un possibile cambiamento nella nutrizione animale, tutti gli organismi negli ecosistemi sono coinvolti in una complessa rete di relazioni alimentari. Le catene alimentari sono strettamente intrecciate tra loro, formare reti alimentari o trofiche. In una rete trofica, ogni specie è direttamente o indirettamente correlata a molte. Un esempio di rete trofica con la distribuzione degli organismi per livelli trofici è mostrato in Fig. 2.
Le reti alimentari negli ecosistemi sono molto complesse e si può concludere che l'energia che vi entra migra da un organismo all'altro per lungo tempo.
Riso. 2. Rete alimentare
Le connessioni alimentari svolgono un duplice ruolo nelle biocenosi. Prima loro
fornire il trasferimento di materia ed energia da un organismo all'altro.
Insieme, quindi, coesistono specie che si sostengono a vicenda. In secondo luogo, i legami alimentari servire come meccanismo per regolare il numero
La rappresentazione delle reti trofiche può essere tradizionale (Fig. 2) o utilizzando grafici diretti (digrammi).
Un grafico orientato geometricamente può essere rappresentato come un insieme di vertici, indicati da cerchi con numeri di vertici e archi che collegano questi vertici. Un arco definisce una direzione da un vertice all'altro.Un percorso in un grafico è una sequenza finita di archi in cui l'inizio di ogni arco successivo coincide con la fine del precedente. Un arco può essere indicato da una coppia di vertici che collega. Un cammino è scritto come una sequenza di vertici attraverso i quali passa, un cammino è un cammino il cui vertice iniziale coincide con il vertice finale.
PER ESEMPIO:
vertici; |
||||||
A - archi; | ||||||
B - contorno passante per i vertici 2, 4, |
||||||
ALLE 3;
1, 2 o 1, 3, 2 - percorsi dall'alto
verso l'alto | |||
Nella rete elettrica, la parte superiore del grafico mostra gli oggetti della simulazione; gli archi, indicati dalle frecce, conducono dalla vittima al predatore.
Qualsiasi organismo vivente occupa un certo nicchia ecologica. Una nicchia ecologica è un insieme di caratteristiche territoriali e funzionali dell'habitat che soddisfano i requisiti di una data specie. Non esistono due specie che abbiano nicchie identiche nello spazio delle fasi ecologiche. Secondo il principio di esclusione competitiva di Gause, due specie con requisiti ecologici simili non possono occupare a lungo la stessa nicchia ecologica. Queste specie competono e una di esse sostituisce l'altra. Sulla base delle reti elettriche, puoi costruire grafico della concorrenza. Gli organismi viventi nel grafico della competizione vengono visualizzati come vertici del grafico, viene tracciato un bordo tra i vertici (connessione senza direzione) se esiste un organismo vivente che funge da cibo per gli organismi visualizzati dai vertici sopra.
Lo sviluppo di un grafico della concorrenza consente di identificare specie di organismi concorrenti e analizzare il funzionamento dell'ecosistema e la sua vulnerabilità.
È diffuso il principio di far coincidere la crescita della complessità dell'ecosistema con l'aumento della sua stabilità. Se un ecosistema è rappresentato da una rete trofica, è possibile utilizzare diversi modi per misurare la complessità:
- determinare il numero di archi;
- trovare il rapporto tra il numero di archi e il numero di vertici;
Per misurare la complessità e la diversità della rete trofica, viene utilizzato anche il livello trofico, cioè posto di un organismo nella catena alimentare. Il livello trofico può essere determinato sia dalla catena alimentare più corta, sia da quella più lunga del picco considerato, che ha un livello trofico pari a "1".
PROCEDURA DI LAVORO
Esercizio 1
Crea una rete per 5 partecipanti: erba, uccelli, insetti, lepri, volpi.
Compito 2
Impostare le catene alimentari e il livello trofico secondo il percorso più breve e più lungo della rete alimentare dall'attività "1".
Livello trofico e catena alimentare | |||||
Alimentazione elettrica | la via più breve | lungo il sentiero più lungo |
|||
4 . Insetti
Nota: la catena alimentare dei pascoli inizia con i produttori. L'organismo elencato nella colonna 1 è il livello trofico superiore. Per i consumatori di prim'ordine, i percorsi lunghi e brevi della catena trofica coincidono.
Compito 3
Proponi una rete alimentare secondo l'opzione del compito (Tabella 1P) e crea una tabella dei livelli trofici per i percorsi più lunghi e più brevi. Le preferenze alimentari dei consumatori sono riportate nella tabella. 2P.
Compito 4
Crea una rete alimentare secondo la Fig. 3 e posizionare i suoi partecipanti a livelli trofici
SCHEMA DEL RAPPORTO
1. Lo scopo del lavoro.
2. Grafico della rete alimentare e grafico della concorrenza basati sull'esempio di formazione (attività 1, 2).
3. Tabella dei livelli trofici secondo l'esempio di allenamento (compito 3).
4. Grafico della rete alimentare, grafico della competizione, tabella dei livelli trofici in base all'opzione del compito.
5. Schema della rete trofica con il posizionamento degli organismi per livelli trofici (secondo la Fig. 3).
Riso. 3. Biocenosi della tundra.
Prima fila: piccoli passeriformi, vari insetti a due ali, poiana dalle zampe ruvide. Seconda fila: volpe artica, lemming, civetta delle nevi. Terza fila: pernice bianca, lepri bianche. Quarta fila: oca, lupo, renna.
Letteratura
1. Reimers N.F. Gestione della natura: Riferimento del dizionario. - M.: Pensiero, 1990. 637 p.
2. Vita animale dentro 7 volumi. Mosca: Istruzione, 1983-1989.
3. Zlobin Yu.A. Ecologia generale. Kiev: Naukova Dumka, 1998. - 430 p.
4. Stepanovsky A.S. Ecologia: libro di testo per le università. – M.: UNITIDANA,
5. Nebel B. Scienze ambientali: come funziona il mondo. – M.: Mir, 1993.
– v.1 – 424 p.
6. Ecologia: libro di testo per le università tecniche / L.I. Tsvetkova, M.I. Alekseev e altri; ed. LI Tsvetkova.–M.: ASV; San Pietroburgo: Himizdat, 2001.-552p.
7. Girusov E.V. e altri Ecologia ed economia della gestione ambientale: libro di testo per le università / ed. prof. EV Girusova. - M.: Diritto e Diritto, UNITI,
Tabella 1P |
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Struttura delle specie della biocenosi |
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Il nome della biografia | Composizione delle specie della biocenosi | ||
Foresta di cedri | cedro coreano, betulla gialla, nocciolo a foglie varie, | ||
carice, lepre bianca, scoiattolo volante, scoiattolo comune, | |||
lupo, orso bruno, orso himalayano, zibellino, | |||
topo, schiaccianoci, picchio, felce. | |||
impregnato d'acqua | Carici, iris, canna comune Un lupo, una volpe entrano, | ||
orso bruno, capriolo, topo. Anfibi - Salamandra siberiana | |||
erba di canna | cielo, raganella dell'Estremo Oriente, rana siberiana. Lumaca- | ||
ka, lombrico. Uccelli - bianco dell'estremo oriente | |||
cicogna, albanella pezzata, fagiano, gru giapponese, scarabeo di Dahurian | |||
ravl. Farfalle a coda di rondine. | |||
betulla bianca | Aspen, betulla a foglia piatta (bianca) pioppo tremulo, ontano, dio- | ||
piuttosto nipponskaya (liane erbacee), cereali, carici, | |||
forbs (trifoglio, rango). Arbusti - lespedeza, fila- | |||
binnik, olmaria. Funghi - porcini, porcini. | |||
Animali: cane procione, lupo, volpe, orso boo | |||
cervo nobile, cervo siberiano, capriolo, salamandra siberiana, rana | |||
ka siberiano, topo. Uccelli - aquila maculata, cinciallegra, | |||
Erba di abete rosso- | Piante - abete, larice, cedro coreano, acero, fila- | ||
sorbo binnik, caprifoglio, abete rosso, carici, cereali. | |||
arbustivo | Animali: lepre bianca, scoiattolo comune, scoiattolo volante | ||
ah, lupo, orso bruno, orso himalayano, zibellino, | |||
harza, lince, cervo nobile, alce, gallo cedrone, gufo, topo, farfalla | |||
Piante: quercia mongola, pioppo tremulo, betulla a foglia piatta, | |||
tiglio, olmo, maakia (l'unico in Estremo Oriente | |||
albero appartenente alla famiglia delle leguminose), arbusti - | |||
lespedeza, viburno, cenere di montagna, rosa canina, | |||
erbe - mughetto, carici, elleboro, aglio orsino, campane, | |||
campane. Animali: scoiattolo, cane procione | |||
ka, lupo, volpe, orso bruno, tasso, donnola, lince, ka- | |||
ban, cervo nobile, capriolo, lepre, salamandra siberiana, raganella | |||
Estremo Oriente, rana siberiana, topo, lucertola | |||
generativo, ghiandaia, picchio muratore, picchio muratore, scarabeo boscaiolo, fabbro | |||
Piante - pioppo tremulo, betulla a foglia piatta, biancospino, shi- | |||
povnik, spirea, peonia, cereali. Animali - procione | |||
cane, lupo, volpe, orso bruno, donnola siberiana, cervo nobile, co | |||
sulya, salamandra siberiana, rana siberiana, topo, lucertola | |||
vivipara, ghiandaia, picchio muratore, picchio muratore, aquila maculata, | |||
scarabeo boscaiolo, cavalletta, | |||
Tabella 2P |
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Lo spettro alimentare di alcune specie | |||||
Organismi vivi | Abitudini alimentari - "menu" | ||||
Erba (cereali, carici); corteccia di pioppo tremulo, tiglio, nocciolo; bacche (zemlyani- | |||||
Semi di cereali, insetti, vermi. | |||||
Scoiattolo volante | |||||
e le loro larve. | |||||
Impianti | Consumano energia solare e minerali, acqua, | ||||
ossigeno, anidride carbonica. | |||||
Roditori, lepri, rane, lucertole, piccoli uccelli. | |||||
Scoiattolo comune | Pinoli, nocciole, ghiande, semi di cereali. | ||||
Semi di arbusti (eleuterococco), bacche (mirtilli rossi), insetti | |||||
e le loro larve. | |||||
Larve di insetti | Larve di zanzara - alghe, batteri. | ||||
zanzare, | Le larve di libellula sono insetti, avannotti di pesce. | ||||
Succo di erbe. | |||||
Roditori, lepri, rane, lucertole. | |||||
Aquila di mare di Steller | Pesci, piccoli uccelli. | ||||
orso bruno | Euryphage, dà la preferenza al cibo animale: cinghiali (suini- | ||||
ki), pesce (salmone). Bacche (lampone, ciliegia di uccello, caprifoglio, piccioni) | |||||
ka), radici. | |||||
Orso himalayano- | Angelica (pipa dell'orso), frutti di bosco (mirtilli rossi, lamponi, | ||||
mosca, mirtillo), miele (vespe, api), gigli (bulbi), funghi, | |||||
noci, ghiande, larve di formiche. | |||||
Insetti | Piante erbacee, foglie di alberi. | ||||
Topo, scoiattolo, lepre, gallo cedrone. | |||||
Predatore. Lepri, scoiattoli, maiali. | |||||
erba (equiseto invernale), legumi (veccia, rango), | |||||
corteccia di nocciolo, salici, sottobosco di betulla, radici di arbusti (le- | |||||
china, lampone). | |||||
Germogli di betulla, ontano, tiglio; cereali; bacche di sorbo, viburno; aghi di abete | |||||
tu, abete rosso, larici. | |||||
Topo, scoiattolo, lepri, volpi, serpenti (già serpente), lucertola, bianco | |||||
ka, pipistrello. | |||||
Topi, lepri, caprioli, un branco può uccidere un cervo, un alce, un cinghiale. | |||||
Forbicina | Predatore. Pulci, coleotteri (piccoli), lumache, lombrichi. | ||||
Scarabeo taglialegna | Corteccia di betulla, cedro, tiglio, acero, larice. | ||||
Polline vegetale. | |||||
occhio di pavone | |||||
Topo, lepre, scoiattolo, salamandra siberiana, pulcini di gru, | |||||
cicogna, anatra; Raganella dell'Estremo Oriente, fagiani, vermi, | |||||
grossi insetti. | |||||
Corteccia di nocciolo, betulla, salice, quercia, carice, giunco, giunco; lascia essere- | |||||
tagli, salici, querce, noccioli. | |||||
Predatore. Crostacei, larve di zanzara. | |||||
Raganella lontana | Invertebrati acquatici. |
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Erbe (canne), carici, funghi, residui vegetali e terra. |
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Piante, pesci e le sue uova durante la deposizione delle uova, insetti e loro larve |
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lombrico | Resti di piante morte. |
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Estremo Oriente | Chiocciola, raganella, rana siberiana, pesce (loach, rotan), serpenti, |
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Cicogna bianca | topi, locuste, pulcini di passeriformi. |
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Gru giapponese | Rizomi di carici, pesci, rane, piccoli roditori, pulcini. |
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biancone pezzato | Topo, piccoli uccelli (zigoli, capinere, passeri), rane, |
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lucertole, grandi insetti. |
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Germogli di betulla, ontano, erba di canna. |
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farfalle a coda di rondine | Polline di piante (violette, corydalis). |
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Il carnivoro preferisce il cibo per animali: lepri, giovani |
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alce, capriolo, cervo, cinghiale. |
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Procione co- | Pesci marci, uccelli (allodole, festuca, capinere). |
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Foraggio di rami (betulla, pioppo tremulo, salice, nocciolo; quercia, foglie di tiglio), |
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ghiande, corteccia di quercia, alghe in acque poco profonde, orologio a tre foglie. |
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Zanzare, ragni, formiche, cavallette. |
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lucertola | Insetti e loro larve, lombrichi. |
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aquila maculata | Predatore. Piccoli mammiferi, fagiani, topi, lepri, volpi, |
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uccelli, pesci, roditori. |
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Scoiattoli, scoiattoli, uccelli. |
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Scoiattolo | Semi di melo, rosa canina, viburno, cesene, sorbo; funghi; |
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noccioline; ghiande. |
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Radici, lombrichi, topi, insetti (formiche e loro larve). |
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Predatore. Topi. |
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Semi di cereali, noci. |
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Pinoli, ghiande, bacche (sorbo), melo. |
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Scarabei boscaioli, insetti tarli. |
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Cinghiale, lepre, capriolo, alce, cervo, alce, cervo (animali feriti). |
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Picchio muratore | insetti; semi di albero, bacche, noci. |
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Lemming | Granivoro. Carici, shiksha, cereali. |
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Granivoro. |
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Predatore. Lemming, pulcini di pernice, gabbiani. |
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gufo delle nevi | Lemming, topi, arvicole, lepri, anatre, fagiani, fagiani di monte. |
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pernice bianca | Erbivoro. Semi di cereali; gemme di betulle, salici, ontani. |
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Erbivori, foglie e corteccia di alberi, muschio - muschio di renna. |
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lepre bianca | In inverno - corteccia; in estate - bacche, funghi. |
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Erbivori. Carici, erbe, alghe, germogli di piante acquatiche. |
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Renna | Yagel, cereali, bacche (cloudberries, mirtilli rossi), topi. |
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Capriolo, cervo, cervo maculato, cinghiale. |
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Daphnia, ciclope | Alghe unicellulari. |
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Una catena alimentare è una struttura complessa di collegamenti in cui ciascuno di essi è interconnesso con un collegamento vicino o con un altro collegamento. Questi componenti della catena sono vari gruppi di organismi di flora e fauna.
In natura, la catena alimentare è un modo per spostare materia ed energia nell'ambiente. Tutto ciò è necessario per lo sviluppo e la "costruzione" degli ecosistemi. I livelli trofici sono una comunità di organismi che si trova a un certo livello.
Ciclo biotico
La catena alimentare è un ciclo biotico che unisce organismi viventi e componenti di natura inanimata. Questo fenomeno è anche chiamato biogeocenosi e comprende tre gruppi: 1. Produttori. Il gruppo è costituito da organismi che producono sostanze alimentari per altre creature attraverso la fotosintesi e la chemiosintesi. I prodotti di questi processi sono sostanze organiche primarie. Tradizionalmente, i produttori sono i primi nella catena alimentare. 2. Consumatori. La catena alimentare pone questo gruppo al di sopra dei produttori perché consumano i nutrienti prodotti dai produttori. Questo gruppo comprende vari organismi eterotrofi, ad esempio animali che mangiano piante. Esistono diverse sottospecie di consumatori: primari e secondari. Gli erbivori possono essere classificati come consumatori primari e i carnivori, che mangiano gli erbivori precedentemente descritti, possono essere classificati come consumatori secondari. 3. Riduttori. Ciò include organismi che distruggono tutti i livelli precedenti. Un buon esempio è quando invertebrati e batteri decompongono resti di piante o organismi morti. Pertanto, la catena alimentare è completata, ma il ciclo delle sostanze in natura continua, poiché a seguito di queste trasformazioni si formano minerali e altre sostanze utili. In futuro, i componenti formati verranno utilizzati dai produttori per formare prodotti organici primari. La catena alimentare è una struttura complessa, quindi i consumatori secondari possono facilmente diventare cibo per altri predatori, che sono classificati come consumatori terziari.
Classificazione
quindi, è direttamente coinvolto nel ciclo delle sostanze in natura. Esistono due tipi di catene: detritiche e pascolanti. Come si può vedere dai nomi, il primo gruppo si trova più spesso nelle foreste e il secondo negli spazi aperti: campo, prato, pascolo.Una tale catena ha una struttura di connessioni più complessa, è persino possibile che vi appaiano predatori del quarto ordine.
piramidi
uno o più, esistenti in un particolare habitat, formano i percorsi e le direzioni di movimento delle sostanze e dell'energia. Tutto questo, cioè organismi e i loro habitat, formano un sistema funzionale, chiamato ecosistema (sistema ecologico). Le connessioni trofiche sono molto raramente semplici, di solito sembrano una rete complessa e intricata in cui ogni componente è interconnesso con gli altri. L'intreccio delle catene alimentari forma reti alimentari, utilizzate principalmente per costruire e calcolare piramidi ecologiche. Alla base di ogni piramide c'è il livello dei produttori, in cima al quale vengono regolati tutti i livelli successivi. Distinguere una piramide di numeri, energia e biomassa.Il ciclo delle sostanze in natura e la catena alimentare
Tutti gli organismi viventi partecipano attivamente alla circolazione delle sostanze sul pianeta. Utilizzando ossigeno, anidride carbonica, acqua, sali minerali e altre sostanze, gli organismi viventi si nutrono, respirano, espellono i prodotti dell'attività e si moltiplicano. Dopo la loro morte, i loro corpi si decompongono nelle sostanze più semplici e ritornano nuovamente nell'ambiente esterno.
Il trasferimento di elementi chimici dagli organismi viventi all'ambiente e viceversa non si ferma nemmeno per un secondo. Quindi, le piante (organismi autotrofi) assorbono anidride carbonica, acqua e sali minerali dall'ambiente esterno. In tal modo, creano materia organica e rilasciano ossigeno. Gli animali (organismi eterotrofi), invece, inalano l'ossigeno rilasciato dalle piante, e le piante che si nutrono, assimilano sostanze organiche e rilasciano anidride carbonica e residui alimentari. Funghi e batteri utilizzano i resti di organismi viventi come cibo e trasformano le sostanze organiche in minerali che si accumulano nel suolo e nell'acqua. E i minerali vengono nuovamente assorbiti dalle piante. Quindi in natura si svolge un ciclo costante e infinito di sostanze e si mantiene la continuità della vita.
Il ciclo della materia e tutte le trasformazioni ad esso associate richiedono un apporto costante di energia. La fonte di questa energia è il sole.
Sulla terra, le piante assorbono carbonio dall'atmosfera attraverso la fotosintesi. Gli animali mangiano le piante, passando il carbonio lungo la catena alimentare, di cui parleremo tra un attimo. Quando le piante e gli animali muoiono, trasferiscono il carbonio sulla terra.
Sulla superficie dell'oceano, l'anidride carbonica dell'atmosfera si dissolve nell'acqua. Il fitoplancton lo assorbe per la fotosintesi. Gli animali che mangiano il plancton espirano carbonio nell'atmosfera e quindi lo passano lungo la catena alimentare. Dopo la morte del fitoplancton, può essere lavorato nelle acque superficiali o depositarsi sul fondo dell'oceano. Nel corso di milioni di anni, questo processo ha trasformato il fondo oceanico in una ricca riserva di carbonio sul pianeta. Le correnti fredde trasportano il carbonio in superficie. Quando l'acqua viene riscaldata, viene rilasciata come gas ed entra nell'atmosfera, continuando il ciclo.
L'acqua compie costantemente un ciclo tra i mari, l'atmosfera e la terraferma. Sotto i raggi del sole, evapora e si alza nell'aria. Lì, le gocce d'acqua si raccolgono in nuvole e nuvole. Cadono a terra sotto forma di pioggia, neve o grandine, che si trasformano nuovamente in acqua. L'acqua penetra nel terreno, ritorna nei mari, nei fiumi e nei laghi. E tutto ricomincia. Ecco come funziona il ciclo dell'acqua in natura.
La maggior parte dell'acqua evapora dagli oceani. L'acqua in essa è salata e quella che evapora dalla sua superficie è fresca. Pertanto, l'oceano è la "fabbrica" globale di acqua dolce, senza la quale la vita sulla Terra è impossibile.
TRE STATI DELLA MATERIA. Esistono tre stati aggregati della materia: solido, liquido e gassoso. Dipendono dalla temperatura e dalla pressione. Nella vita di tutti i giorni, possiamo osservare l'acqua in tutti e tre questi stati. L'umidità evapora e passa dallo stato liquido allo stato gassoso, cioè al vapore acqueo. Si condensa e si trasforma in un liquido. A temperature sotto lo zero, l'acqua si congela e si trasforma in uno stato solido: il ghiaccio.
Il ciclo delle sostanze complesse nella fauna selvatica comprende le catene alimentari. Questa è una sequenza lineare chiusa in cui ogni essere vivente si nutre di qualcuno o qualcosa e funge esso stesso da cibo per un altro organismo. All'interno della catena alimentare del pascolo, la materia organica è creata da organismi autotrofi come le piante. Le piante vengono mangiate dagli animali, che a loro volta vengono mangiati da altri animali. I funghi decompositori decompongono i resti organici e fungono da inizio della catena trofica detritica.
Ogni anello della catena alimentare è chiamato livello trofico (dalla parola greca "trophos" - "nutrizione").
1. I produttori o fabbricanti producono sostanze organiche da quelle inorganiche. I produttori includono piante e alcuni batteri.
2. I consumatori, oi consumatori, consumano sostanze organiche già pronte. I consumatori del 1° ordine si nutrono dei produttori. I consumatori del 2° ordine si nutrono dei consumatori del 1° ordine. I consumatori del 3° ordine si nutrono dei consumatori del 2° ordine, ecc.
3. I riduttori, o distruttori, distruggono, cioè mineralizzano le sostanze organiche in quelle inorganiche. I decompositori includono batteri e funghi.
DETRITE CATENE ALIMENTARI. Esistono due tipi principali di catene alimentari: pascolo (catene di pascolo) e detritico (catene in decomposizione). La base della catena alimentare del pascolo è costituita da organismi autotrofi, che vengono mangiati dagli animali. E nelle catene trofiche detritiche, la maggior parte delle piante non viene consumata dagli erbivori, ma muore e poi si decompone da organismi saprotrofi (ad esempio i lombrichi) e si mineralizza. Pertanto, le catene trofiche detritiche iniziano dai detriti e poi vanno ai detritivori e ai loro consumatori: i predatori. Sulla terra predominano tali catene.
CHE COS'È UNA PIRAMIDE AMBIENTALE? Una piramide ecologica è una rappresentazione grafica del rapporto tra diversi livelli trofici in una catena alimentare. La catena alimentare non può contenere più di 5-6 anelli, perché quando si passa a ogni anello successivo, il 90% dell'energia viene perso. La regola di base della piramide ecologica si basa sul 10%. Quindi, ad esempio, per formare 1 kg di massa, un delfino ha bisogno di mangiare circa 10 kg di pesce e, a loro volta, hanno bisogno di mangiare 100 kg di cibo - vertebrati acquatici, che, per formare una tale massa, bisogno di mangiare 1000 kg di alghe e batteri. Se, su una scala appropriata, queste quantità sono rappresentate nell'ordine della loro dipendenza, allora si forma davvero una specie di piramide.
RETI ALIMENTARI. Spesso l'interazione tra organismi viventi in natura è più complessa e visivamente sembra una rete. Gli organismi, in particolare i predatori, possono nutrirsi di una varietà di creature e di diverse catene alimentari. Pertanto, le catene alimentari si intrecciano per formare reti alimentari.
Ogni organismo deve ricevere energia per la vita. Ad esempio, le piante consumano energia dal sole, gli animali si nutrono di piante e alcuni animali si nutrono di altri animali.
Una catena alimentare (trofica) è una sequenza di chi mangia chi in una comunità biologica () per ottenere nutrienti ed energia che sostengono la vita.
Autotrofi (produttori)
Autotrofi- organismi viventi che producono il loro nutrimento, cioè i propri composti organici, da molecole semplici come l'anidride carbonica. Esistono due tipi principali di autotrofi:
- I fotoautotrofi (organismi fotosintetici) come le piante convertono l'energia dalla luce solare per produrre composti organici - zuccheri - dall'anidride carbonica nel processo. Altri esempi di fotoautotrofi sono alghe e cianobatteri.
- I chemoautotrofi ottengono materia organica attraverso reazioni chimiche che coinvolgono composti inorganici (idrogeno, idrogeno solforato, ammoniaca, ecc.). Questo processo è chiamato chemiosintesi.
Gli autotrofi sono la spina dorsale di ogni ecosistema del pianeta. Costituiscono la maggior parte delle catene e delle reti alimentari e l'energia derivata dalla fotosintesi o dalla chemiosintesi sostiene tutti gli altri organismi nei sistemi ecologici. Quando si tratta del loro ruolo nelle catene alimentari, gli autotrofi possono essere chiamati produttori o fabbricanti.
Eterotrofi (consumatori)
Eterotrofi, noti anche come consumatori, non possono utilizzare l'energia solare o chimica per produrre il proprio cibo dall'anidride carbonica. Invece, gli eterotrofi ottengono energia consumando altri organismi o i loro sottoprodotti. Gli esseri umani, gli animali, i funghi e molti batteri sono eterotrofi. Il loro ruolo nelle catene alimentari è quello di consumare altri organismi viventi. Esistono molti tipi di eterotrofi con diversi ruoli ecologici, da insetti e piante a predatori e funghi.
Distruttori (riduttori)
Va menzionato un altro gruppo di consumatori, anche se non sempre compare nei diagrammi della catena alimentare. Questo gruppo è costituito da decompositori, organismi che elaborano materia organica morta e rifiuti, trasformandoli in composti inorganici.
I decompositori sono talvolta considerati un livello trofico separato. Come gruppo, si nutrono di organismi morti forniti a vari livelli trofici. (Ad esempio, sono in grado di elaborare materia vegetale in decomposizione, il corpo di uno scoiattolo divorato dai predatori o i resti di un'aquila morta.) In un certo senso, il livello trofico dei decompositori corre parallelo alla gerarchia standard di primario, secondario e consumatori terziari. Funghi e batteri sono decompositori chiave in molti ecosistemi.
I decompositori, come parte della catena alimentare, svolgono un ruolo importante nel mantenimento di un ecosistema sano, perché grazie a loro i nutrienti e l'umidità ritornano al suolo, che vengono ulteriormente utilizzati dai produttori.
Livelli della catena alimentare (trofica).
Schema dei livelli della catena alimentare (trofica).
Una catena alimentare è una sequenza lineare di organismi che trasferiscono nutrienti ed energia dai produttori ai principali predatori.
Il livello trofico di un organismo è la posizione che occupa nella catena alimentare.
Primo livello trofico
La catena alimentare inizia con organismo autotrofico o produttore che produce il proprio cibo da una fonte primaria di energia, solitamente energia solare o idrotermale proveniente dalle dorsali oceaniche. Ad esempio, piante fotosintetiche, chemiosintetiche e.
Secondo livello trofico
Questo è seguito da organismi che si nutrono di autotrofi. Questi organismi sono chiamati erbivori o consumatori primari e consumare piante verdi. Gli esempi includono insetti, lepri, pecore, bruchi e persino mucche.
Terzo livello trofico
Il prossimo anello della catena alimentare sono gli animali che mangiano erbivori - sono chiamati consumatori secondari o animali carnivori (predatori).(ad esempio, un serpente che si nutre di lepri o roditori).
Quarto livello trofico
A loro volta, questi animali vengono mangiati da predatori più grandi - consumatori terziari(ad esempio, un gufo mangia i serpenti).
Quinto livello trofico
I consumatori terziari mangiano consumatori quaternari(ad esempio, un falco mangia i gufi).
Ogni catena alimentare termina con un predatore o superpredatore superiore: un animale senza nemici naturali (ad esempio un coccodrillo, un orso polare, uno squalo, ecc.). Sono i "padroni" dei loro ecosistemi.
Quando un organismo muore, alla fine viene mangiato da mangiatori di detriti (come iene, avvoltoi, vermi, granchi, ecc.) e il resto viene decomposto con l'aiuto di decompositori (principalmente batteri e funghi) e lo scambio di energia continua.
Le frecce nella catena alimentare mostrano il flusso di energia, dal sole o dalle bocche idrotermali ai principali predatori. Man mano che l'energia fluisce da un corpo all'altro, si perde ad ogni anello della catena. Viene chiamata la raccolta di molte catene alimentari catena alimentare.
La posizione di alcuni organismi nella catena alimentare può variare perché la loro dieta è diversa. Ad esempio, quando un orso mangia bacche, agisce come un erbivoro. Quando mangia un roditore erbivoro, diventa un predatore primario. Quando un orso mangia salmone, agisce come un superpredatore (ciò è dovuto al fatto che il salmone è un predatore primario, poiché si nutre di aringhe, e lei mangia zooplancton, che si nutre di fitoplancton che produce la propria energia dalla luce solare). Pensa a come cambia il posto delle persone nella catena alimentare, anche spesso all'interno di un singolo pasto.
Tipi di catene alimentari
In natura, di norma, si distinguono due tipi di catene alimentari: pascolo e detritico.
catena alimentare del pascolo
Schema di una catena alimentare di pascolo
Questo tipo di catena alimentare inizia con piante verdi viventi destinate a nutrirsi di animali erbivori che si nutrono di predatori. Gli ecosistemi con questo tipo di circuito dipendono direttamente dall'energia solare.
Pertanto, il tipo di pascolo della catena alimentare dipende dalla cattura autotrofica dell'energia e dal suo movimento lungo gli anelli della catena. La maggior parte degli ecosistemi in natura segue questo tipo di catena alimentare.
Esempi di catena alimentare del pascolo:
- Erba → Cavalletta → Uccello → Falco;
- Piante → Lepre → Volpe → Leone.
catena alimentare dannosa
Schema della catena alimentare dei detriti
Questo tipo di catena alimentare inizia con il materiale organico in decomposizione - detriti - che viene consumato dai mangiatori di detriti. Quindi, i predatori si nutrono di detritifagi. Pertanto, tali catene alimentari dipendono meno dall'energia solare diretta rispetto a quelle del pascolo. La cosa principale per loro è l'afflusso di sostanze organiche prodotte in un altro sistema.
Ad esempio, questo tipo di catena alimentare si trova nella lettiera in decomposizione.
Energia nella catena alimentare
L'energia viene trasferita tra i livelli trofici quando un organismo si nutre di un altro e riceve nutrienti da esso. Tuttavia, questo movimento di energia è inefficiente e questa inefficienza limita la lunghezza delle catene alimentari.
Quando l'energia entra nel livello trofico, parte di essa viene immagazzinata come biomassa, come parte del corpo degli organismi. Questa energia è disponibile per il successivo livello trofico. In genere, solo il 10% circa dell'energia immagazzinata come biomassa a un livello trofico viene immagazzinata come biomassa al livello successivo.
Questo principio di trasferimento parziale di energia limita la lunghezza delle catene alimentari, che tipicamente hanno 3-6 livelli.
Ad ogni livello, l'energia viene persa sotto forma di calore, oltre che sotto forma di rifiuti e materia morta, che vengono utilizzati dai decompositori.
Perché tanta energia esce dalla rete trofica tra un livello trofico e l'altro? Ecco alcuni dei motivi principali per un trasferimento di potenza inefficiente:
- Ad ogni livello trofico, una quantità significativa di energia viene dissipata sotto forma di calore mentre gli organismi eseguono la respirazione cellulare e si muovono nella vita quotidiana.
- Alcune molecole organiche di cui si nutrono gli organismi non possono essere digerite e svengono sotto forma di feci.
- Non tutti i singoli organismi in un livello trofico saranno mangiati dagli organismi del livello successivo. Invece, muoiono senza essere mangiati.
- Le feci e gli organismi morti non consumati diventano cibo per i decompositori, che li metabolizzano e li convertono nella propria energia.
Quindi, nessuna energia scompare effettivamente: tutto ciò alla fine porta al rilascio di calore.
Importanza della catena alimentare
1. Gli studi sulla catena alimentare aiutano a comprendere le relazioni alimentari e le interazioni tra gli organismi in qualsiasi ecosistema.
2. Grazie a loro è possibile valutare il meccanismo del flusso di energia e la circolazione delle sostanze nell'ecosistema, nonché comprendere il movimento delle sostanze tossiche nell'ecosistema.
3. Lo studio della catena alimentare consente di comprendere i problemi della biomagnificazione.
In qualsiasi catena alimentare, l'energia viene persa ogni volta che un organismo viene consumato da un altro. A questo proposito, ci devono essere molte più piante che animali erbivori. Ci sono più autotrofi che eterotrofi, e quindi la maggior parte di loro sono erbivori piuttosto che predatori. Sebbene vi sia un'intensa competizione tra gli animali, sono tutti interconnessi. Quando una specie si estingue, può colpire molte altre specie e avere conseguenze imprevedibili.
Domanda 28. Catena alimentare. Tipi di catene alimentari.
CATENA ALIMENTARE(catena trofica, catena alimentare), la relazione degli organismi attraverso la relazione cibo - consumatore (alcuni servono da cibo per altri). In questo caso, la trasformazione di materia ed energia da produttori(produttori primari) attraverso consumatori(consumatori) a decompositori(convertitori di sostanze organiche morte in sostanze inorganiche digeribili dai produttori). Esistono 2 tipi di catene alimentari: pascolo e detritico. La catena del pascolo inizia con le piante verdi, passa agli animali erbivori al pascolo (consumatori del 1° ordine) e poi ai predatori che predano questi animali (a seconda del posto nella catena - consumatori del 2° ordine e successivi). La catena detritica inizia con il detrito (un prodotto del decadimento organico), passa ai microrganismi che se ne nutrono, e poi ai detritus feeder (animali e microrganismi coinvolti nel processo di decomposizione della materia organica morente).
Un esempio di catena di pascoli è il suo modello multicanale nella savana africana. I produttori primari sono erbe e alberi, i consumatori del 1o ordine sono insetti erbivori ed erbivori (ungulati, elefanti, rinoceronti, ecc.), 2o ordine sono insetti predatori, 3o ordine sono rettili carnivori (serpenti, ecc.), 4o - mammiferi predatori e uccelli rapaci. A loro volta, i detritivori (scarabei, iene, sciacalli, avvoltoi, ecc.) in ogni fase della catena del pascolo distruggono le carcasse degli animali morti ei resti del cibo dei predatori. Il numero di individui inclusi nella catena alimentare diminuisce costantemente in ciascuno dei suoi anelli (la regola della piramide ecologica), ovvero il numero delle vittime ogni volta supera significativamente il numero dei loro consumatori. Le catene alimentari non sono isolate l'una dall'altra, ma si intrecciano tra loro, formando reti alimentari.
Domanda 29. A cosa servono le piramidi ecologiche?
piramide ecologica- immagini grafiche del rapporto tra produttori e consumatori di tutti i livelli (erbivori, predatori; specie che si nutrono di altri predatori) nell'ecosistema.
Lo zoologo americano Charles Elton propose nel 1927 di rappresentare schematicamente queste relazioni.
In una rappresentazione schematica, ogni livello è mostrato come un rettangolo, la cui lunghezza o area corrisponde ai valori numerici dell'anello della catena alimentare (piramide di Elton), alla loro massa o energia. I rettangoli disposti in una certa sequenza creano piramidi di varie forme.
La base della piramide è il primo livello trofico - il livello dei produttori, i successivi piani della piramide sono formati dai livelli successivi della catena alimentare - consumatori di vari ordini. L'altezza di tutti i blocchi nella piramide è la stessa e la lunghezza è proporzionale al numero, alla biomassa o all'energia al livello corrispondente.
Le piramidi ecologiche si distinguono a seconda degli indicatori sulla base dei quali è costruita la piramide. Allo stesso tempo, per tutte le piramidi, viene stabilita la regola di base, secondo la quale in qualsiasi ecosistema ci sono più piante che animali, erbivori che carnivori, insetti che uccelli.
Sulla base della regola della piramide ecologica, è possibile determinare o calcolare i rapporti quantitativi di diverse specie vegetali e animali in sistemi ecologici naturali e creati artificialmente. Ad esempio, 1 kg della massa di un animale marino (foca, delfino) ha bisogno di 10 kg di pesce mangiato, e questi 10 kg hanno già bisogno di 100 kg del loro cibo - invertebrati acquatici, che a loro volta hanno bisogno di mangiare 1000 kg di alghe e batteri per formare una tale massa. In questo caso, la piramide ecologica sarà stabile.
Tuttavia, come sai, ci sono eccezioni a ogni regola, che saranno considerate in ogni tipo di piramidi ecologiche.
I primi schemi ecologici sotto forma di piramidi furono costruiti negli anni venti del XX secolo. Carlo Elton. Si basavano su osservazioni sul campo di un numero di animali di varie classi di taglia. Elton non ha incluso in essi i produttori primari e non ha fatto alcuna distinzione tra detritifagi e decompositori. Tuttavia, ha osservato che i predatori sono generalmente più grandi delle loro prede e si è reso conto che tale rapporto è estremamente specifico solo per determinate classi di dimensioni di animali. Negli anni '40, l'ecologo americano Raymond Lindeman applicò l'idea di Elton ai livelli trofici, astraendo dagli organismi specifici che li compongono. Tuttavia, se è facile distribuire gli animali in classi di taglia, determinare a quale livello trofico appartengano è molto più difficile. In ogni caso, questo può essere fatto solo in modo molto semplificato e generalizzato. I rapporti nutrizionali e l'efficienza del trasferimento di energia nella componente biotica di un ecosistema sono tradizionalmente raffigurati come piramidi a gradini. Ciò fornisce una chiara base per confrontare: 1) diversi ecosistemi; 2) stati stagionali dello stesso ecosistema; 3) diverse fasi del cambiamento dell'ecosistema. Esistono tre tipi di piramidi: 1) piramidi di numeri basate sul conteggio degli organismi di ogni livello trofico; 2) piramidi di biomassa, che utilizzano la massa totale (solitamente secca) degli organismi a ciascun livello trofico; 3) piramidi di energia, tenendo conto dell'intensità energetica degli organismi di ciascun livello trofico.
Tipi di piramidi ecologiche
piramidi di numeri- ad ogni livello, il numero dei singoli organismi è posticipato
La piramide dei numeri riflette un chiaro schema scoperto da Elton: il numero di individui che compongono una serie sequenziale di collegamenti dai produttori ai consumatori è in costante diminuzione (Fig. 3).
Ad esempio, per nutrire un lupo, hai bisogno di almeno alcune lepri che potrebbe cacciare; per nutrire queste lepri, hai bisogno di abbastanza un gran numero di piante variegate. In questo caso, la piramide sembrerà un triangolo con un'ampia base che si assottiglia verso l'alto.
Tuttavia, questa forma di piramide di numeri non è tipica di tutti gli ecosistemi. A volte possono essere invertiti o invertiti. Questo vale per le catene alimentari forestali, quando gli alberi fungono da produttori e gli insetti come consumatori primari. In questo caso, il livello dei consumatori primari è numericamente più ricco del livello dei produttori (un gran numero di insetti si nutre di un albero), quindi le piramidi di numeri sono le meno informative e meno indicative, cioè il numero di organismi dello stesso livello trofico dipende in gran parte dalle loro dimensioni.
piramidi di biomassa- caratterizza la massa totale secca o umida di organismi a un dato livello trofico, ad esempio, in unità di massa per unità di superficie - g / m 2, kg / ha, t / km 2 o per volume - g / m 3 (Fig. 4)
Di solito, nelle biocenosi terrestri, la massa totale dei produttori è maggiore di ogni collegamento successivo. A sua volta, la massa totale dei consumatori di primo ordine è maggiore di quella dei consumatori di secondo ordine, e così via.
In questo caso (se gli organismi non differiscono troppo per dimensioni), anche la piramide sembrerà un triangolo con un'ampia base che si assottiglia verso l'alto. Tuttavia, ci sono eccezioni significative a questa regola. Ad esempio, nei mari, la biomassa dello zooplancton erbivoro è significativamente (a volte 2-3 volte) maggiore della biomassa del fitoplancton, che è rappresentata principalmente da alghe unicellulari. Ciò è spiegato dal fatto che le alghe vengono consumate molto rapidamente dallo zooplancton, ma l'altissimo tasso di divisione delle loro cellule le protegge dal consumo completo.
In generale, le biogeocenosi terrestri, dove i produttori sono grandi e vivono relativamente a lungo, sono caratterizzate da piramidi relativamente stabili con una base ampia. Negli ecosistemi acquatici, dove i produttori sono di piccole dimensioni e hanno cicli di vita brevi, la piramide della biomassa può essere invertita o invertita (puntata verso il basso). Quindi, nei laghi e nei mari, la massa delle piante supera la massa dei consumatori solo durante il periodo di fioritura (primavera), e nel resto dell'anno la situazione può ribaltarsi.
Le piramidi di numeri e biomassa riflettono la statica del sistema, cioè caratterizzano il numero o la biomassa degli organismi in un certo periodo di tempo. Non forniscono informazioni complete sulla struttura trofica dell'ecosistema, sebbene consentano di risolvere una serie di problemi pratici, in particolare quelli relativi al mantenimento della stabilità degli ecosistemi.
La piramide dei numeri consente, ad esempio, di calcolare il valore ammissibile della cattura di pesci o dell'abbattimento di animali durante il periodo di caccia senza conseguenze per la loro normale riproduzione.
piramidi energetiche- mostra l'entità del flusso di energia o produttività a livelli successivi (Fig. 5).
In contrasto con le piramidi di numeri e biomassa, che riflettono la statica del sistema (il numero di organismi in un dato momento), la piramide di energia, riflettendo l'immagine della velocità di passaggio di una massa di cibo (quantità di energia ) attraverso ogni livello trofico della catena alimentare, fornisce il quadro più completo dell'organizzazione funzionale delle comunità.
La forma di questa piramide non è influenzata dai cambiamenti nelle dimensioni e nell'intensità del metabolismo degli individui e, se si tiene conto di tutte le fonti di energia, la piramide avrà sempre un aspetto tipico con una base ampia e una sommità affusolata. Quando si costruisce una piramide di energia, spesso viene aggiunto un rettangolo alla sua base, che mostra l'afflusso di energia solare.
Nel 1942, l'ecologo americano R. Lindeman formulò la legge della piramide delle energie (la legge del 10 percento), secondo la quale, in media, circa il 10% dell'energia ricevuta dal livello precedente della piramide ecologica passa da uno livello trofico attraverso le catene alimentari ad un altro livello trofico. Il resto dell'energia viene perso sotto forma di radiazione termica, movimento, ecc. Gli organismi, a seguito di processi metabolici, perdono circa il 90% di tutta l'energia che viene spesa per mantenere la loro attività vitale in ogni anello della catena alimentare.
Se una lepre mangiasse 10 kg di materia vegetale, il suo stesso peso potrebbe aumentare di 1 kg. Una volpe o un lupo, mangiando 1 kg di lepre, aumenta la sua massa di soli 100 g Nelle piante legnose questa proporzione è molto inferiore a causa del fatto che il legno è scarsamente assorbito dagli organismi. Per erbe e alghe, questo valore è molto più alto, poiché non hanno tessuti difficili da digerire. Tuttavia, la regolarità generale del processo di trasferimento di energia rimane: molta meno energia passa attraverso i livelli trofici superiori che attraverso quelli inferiori.