Поняття про екологічні піраміди

Як уже відзначалось, процес безперервної трансформації енергії супроводжується її розсіюванням, втратами, зростанням ентропії, які компенсуються постійним надходженням сонячної енергії (1 грам сухої фітомаси містить 18,7 кДж енергії). В ЕС утворюється і витрачається органічна речовина, що дозволяє оцінювати їх продуктивність як швидкість утворення органічної речовини: первинна продуктивність - це швидкість засвоєння сонячної енергії продуцентами, а вторинна - це продуктивність консументів. При передачі від кожної попередньої ланки наступній ланці трофічного ланцюга втрачається близько 90-99% енергії:

так, якщо рослинами створено на 1 м² земної поверхні 84 кДж енергії, то продукція первинних консументів складає 8,4 кДж, а вторинних – близько 0,84 кДж. Співвідношення поміж продуцентами, консументами (першого, другого порядків) та редуцентами в ЕС, яке відбите у їх масі й зображене у вигляді графічної моделі, називається пірамідою біомас.

Якщо трофічні зв'язки зобразити з урахуванням співвідношень у кількості осіб або видів, то кажуть про піраміду чисел (піраміда чисел Елтона), якщо з урахуванням кількості енергії, акумульованої одиницею поверхні за одиницю часу та використаної організмами на кожному трофічному рівні, то - про піраміду енергії. Такі моделі називаються екологічними пірамідами.

У наземних ЕС вага продуцентів (на одиницю площі і абсолютно) більше ніж вага консументів, консументів першого порядку - більша ніж консументів другого порядку і т.д., тому графічна модель звичайно має вигляд піраміди. У деяких водних ЕС, які відрізняються високою біопродуктивністю продуцентів, 1 піраміда біомас може бути переверненою, тобто біомаса продуцентів в них менша, ніж консументів, а іноді і редуцентів. У цілому ж екологічні піраміди відбивають зменшення видового різноманіття, кількості біомаси та енергії від більш низьких до більш високих трофічних рівнів, тобто відбивають основну спрямованість трансформації енергії в ЕС. Відповідно до закону піраміди енергії (Р. Ліндеман, 1942^ з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інший рівень в середньому не більш ніж 10% (від 7 до 17%) енергії (або речовини у енергетичному виразі) і це, як правило, не веде до несприятливих наслідків для ЕС (і трофічного рівня, який втрачає енергію). Це дозволяє зробити деякі еколого-економічні підрахунки (необхідної земельної площі для забезпечення населення продовольством і т.д.).

Слід зазначити, що на вершині екологічної піраміди знаходиться людина. Автотрофність людства - поняття, що відповідає можливості отримання людьми їжі і енергії Сонця і її похідних видів (вітру, води, біомаси і т.д.) аналогічно тому, як відбувається утилізація неспожитої енергії рослинами (автотрофами). Вводячи цей термін в науковий ужиток, В.І. Вернадський (1937) мав на увазі одну з основних умов формування людьми ноосфери.

У наш час видається можливим говорити про первинну продуктивність, тобто про кількість енергії, продукованої рослинами у процесі фотосинтезу, і практично нічого не можна сказати про вторинну продуктивність, тобто про кількість енергії, продукованої на рівні консументів. Під первинною продукцією розуміється загальна кількість органічного матеріалу, зафіксованого фотосинтезом, включаючи органічні речовини, що використовуються рослинами для підтримки їх метаболічних потреб.

Первинна продуктивність - це первинна продукція будь-якої ЕС за одиницю часу з одиниці площі, яка виражається у т/га сухої речовини, даними американських авторів річна продукція континентальних та морських ЕС складає 100 млрд. тонн.

Енергетичний потенціал нерівномірно розподіляється у природних ЕС, як і 10% оброблюваної земної поверхні. У цьому полягає важлива проблема існування людства, оскільки найбільша густота населення не завжди пристосована до ландшафтів, де продуктивність органічного матеріалу максимальна.