Биомасса, продукция и экологические пирамиды
Разберём, что именно измеряют пирамиды численности, биомассы и продукции и почему их формы не всегда совпадают.
Федеральная программа · базовый уровень · 11 класс
Сообщества и экологические системы
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Биомасса и продукция экосистемы
- Первичная и вторичная продукция
- Пирамиды продукции, биомассы и численности
- Ограничение переноса энергии между уровнями
- Различие запаса и скорости образования
Как это устроено
Биомасса — запас на дату измерения, а продукция — прирост за промежуток времени. Из фразы «в пруду мало водорослей сегодня» нельзя вывести «водоросли мало производят за год»: быстро растущая и быстро поедаемая популяция может обновляться многократно. Единицы позволяют отличить величины: г/м² для запаса и г/м²/год для продукции.
Валовая первичная продукция включает всю фиксацию углерода автотрофами, а чистая остаётся после их дыхания. Школьное равенство «валовая − дыхание = чистая» работает при одинаковом периоде и единицах и при учёте соответствующих потоков углерода. Вторичная продукция консументов — их новый материал, а не масса всей съеденной пищи: пища может быть не усвоена или использована на обмен веществ.
Пирамида численности иногда перевёрнута: единичное дерево может кормить много насекомых. Пирамида мгновенной биомассы в некоторых водных системах тоже бывает перевёрнутой из-за быстрого оборота фитопланктона. Но пирамиду продукции за одинаковый промежуток времени нельзя понимать как бесплатное увеличение доступной энергии к вершине: на каждом переносе часть энергии расходуется или рассеивается.
Число «10 % энергии переходит дальше» — учебное приближение, а не закон для всякой пары уровней. Эффективность зависит от поедаемости, усвоения, дыхания, типа организмов и среды. Чтобы сравнить уровни, нужно указать границы экосистемы, время, единицы и способ отнесения всеядных видов к уровню. Иначе красивая пирамидка может быть количественно бессмысленной.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Биомасса
Масса живого вещества организмов выбранной группы или участка в определённый момент; необходимо указать влажную или сухую массу и площадь либо объём.
Пример: Сухая масса растений на 1 м² луга — показатель биомассы продуцентов.
- Продукция
Количество нового органического вещества, образованного организмами за определённое время на выбранной площади или в объёме.
Пример: Рост новой растительной массы за год на 1 м² выражают как продукцию за год.
- Первичная продукция
Скорость образования органического вещества автотрофами из неорганического углерода с использованием света или химической энергии.
Пример: Водоросли водоёма создают первичную продукцию при фотосинтезе.
- Валовая первичная продукция
Всё органическое вещество, созданное автотрофами за период до вычитания затрат органического углерода на их собственное дыхание.
Пример: Если фотосинтез создал условно 100 единиц органического углерода за период, это валовая оценка до учёта дыхания.
- Чистая первичная продукция
Первичная продукция после вычета органического углерода, израсходованного автотрофами на дыхание за тот же период в согласованных единицах.
Пример: При валовой продукции 100 и затратах на дыхание 40 чистая составляет 60 условных единиц.
- Вторичная продукция
Новая биомасса гетеротрофов, образованная из усвоенного ими органического вещества за время; это не просто вся съеденная пища.
Пример: Прирост массы популяции гусениц за сезон — часть вторичной продукции.
- Пирамида численности
Схема числа особей на последовательных трофических уровнях при заданной территории и правилах учёта.
Пример: Один дуб может поддерживать множество насекомых, поэтому основание такой пирамиды бывает уже следующего уровня.
- Пирамида биомассы
Схема запаса живого вещества на трофических уровнях в выбранный момент с согласованными единицами массы и пространства.
Пример: В некоторых водоёмах мгновенная биомасса фитопланктона меньше биомассы питающегося им зоопланктона из-за быстрого обновления фитопланктона.
- Пирамида продукции
Схема образования нового органического вещества на последовательных трофических уровнях за один и тот же интервал времени и на одной основе площади или объёма.
Пример: При сравнении уровней за год учитывают продукцию в г сухой массы/м²/год, а не массу в один день.
- Энергетическая эффективность передачи
Доля энергии, доступной в продукции одного трофического уровня, включённая в продукцию следующего; она меняется между экосистемами и звеньями.
Пример: Не вся энергия съеденных листьев превращается в новую биомассу гусеницы: часть не усваивается и часть расходуется на дыхание.
- Оборот биомассы
Скорость, с которой запас биомассы образуется и заменяется новой массой, относительно величины запаса.
Пример: Фитопланктон может иметь небольшой текущий запас при высокой годовой продукции.
- Трофический уровень
Положение в схеме пищевого потребления относительно первичных продуцентов, зависящее от конкретной цепи и рациона.
Пример: Всеядный организм может получать пищу сразу с нескольких уровней.
Пример по шагам
Почему у пруда биомасса фитопланктона 2 условные единицы, а зоопланктона 4, хотя фитопланктон — его пища?
- Данные описывают запас в один момент, а не количество произведённой пищи за месяц или год.
- Фитопланктон быстро делится и быстро поедается, поэтому его небольшой запас может многократно обновляться.
- Для проверки сравнивают продукцию обоих уровней за один период, а не только мгновенные запасы.
Вывод: Перевёрнутая пирамида биомассы не нарушает направление потока энергии.
Практическая работа
Три пирамиды одного условного сообщества
- Для предоставленной таблицы по трём уровням выпишите отдельно число особей, сухую биомассу на одинаковой площади и годовую продукцию.
- Нарисуйте три схемы с подписями единиц и периода; не заменяйте одну величину другой.
- Объясните возможное различие форм через размеры организмов и скорость обновления биомассы.
Что можно заключить: Форма пирамиды имеет смысл только вместе с названием измеряемой величины и единицами.
Безопасность: Работайте с готовыми данными и не изымайте живые организмы из природы.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.