Пирамида чисел (численности) или пирамида Элтона отражает численность отдельных организмов на каждом трофическом уровне.

Пирамиды биомассы, так же, как и пирамиды численности, могут быть не только правильной формы, но и перевернутыми (обращенными) рис.8.

Рис. 7.5. Пирамиды биомасс биоценозов кораллового рифа (а) и пролива Ла-Манш (б).Цифры означают биомассу в граммах сухого вещества,приходящегося на 1 кв.м

Для большинства наземных экосистем (луг, поле и др.) суммарная биомасса каждого последующего трофического уровня пищевой цепи уменьшается.

Это создает пирамиду биомасс, где существенно преобладают продуценты, а над ними располагаются постепенно уменьшающиеся трофические уровни консументов, т.е. пирамида биомасс имеет правильную форму.

Например:

· в среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг тела растительноядных животных – консументов первого порядка (фитофагов). Плотоядные животные – консументы второго порядка, поедающие растительноядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы. А хищники – консументы третьего порядка, питающиеся плотоядными животными, синтезируют только 1 кг своей биомассы.

В водных экосистемах (озеро, пруд и др.) пирамида биомасс может быть перевернутой, где биомасса консументов преобладает над биомассой продуцентов.

Это объясняется тем, что в водных экосистемах продуцентом является микроскопический фитопланктон, быстро растущий и размножающийся), который в достаточном количестве непрерывно поставляет живую пищу консументам, намного медленно растущим и размножающимся. Зоопланктон (или другие животные, питающиеся фитопланктоном) накапливают биомассу годами и десятилетиями, тогда как фитопланктон имеет крайне короткий период жизни (несколько дней или часов).

Числа на рисунке относятся к таким показателям, а стрелки символизируют поток энергии и поступление веществ.

Пирамида энергий отражает динамику прохождения массы пищи через пищевую (трофическую) цепь, что принципиально отличает ее от пирамид численности и биомасс, отражающих статику системы (количество организмов в данный момент). На форму этой пирамиды не влияют изменения размеров и интенсивности метаболизма особей. Если учтены все источники энергии, то пирамида всегда будет иметь типичный вид (в виде пирамиды вершиной вверх), согласно второму закону термодинамики.

Рис. 7. Пирамида энергии: цифры - количество энергии, кДж * м^-2 *r^-1

Пирамиды энергий позволяют не только сравнивать различные биоценозы, но и выявлять относительную значимость популяций в пределах одного сообщества. Они являются наиболее полезными из трех типов экологических пирамид, однако получить данные для их построения труднее всего.

Одним из наиболее удачных и наглядных примеров классических экологических пирамид служат пирамиды, изображенные на рис. 8 Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004.. Они иллюстрируют условный биоценоз, предложенный американским экологом Ю. Одумом. «Биоценоз» состоит из мальчика, питающегося только телятиной, и телят, которые едят исключительно люцерну.

Рис. 8. Экологические пирамиды (по Ю. Одуму). Без соблюдения масштаба

Согласно закону экологической пирамиды энергий, или правилу десяти процентов (его называют также законом, или правилом Р. Линдемана, по имени сформулировавшего его в 1942 г. немецкого ученого): «с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой в среднем переходит около 10% поступающей на предыдущий уровень энергии». На самом деле потеря бывает не десятикратной, а несколько меньше, а в других случаях – больше, но порядок чисел сохраняется».

На практике это означает, что довольно с большой точностью можно спрогнозировать, сколько телят сможет прокормить пастбище известной площади с известной растительной биомассой, каких привесов могут достигнуть эти телята и сколько мяса можно будет выставить на продажу в конце года.

Так чисто экологические проблемы легко и быстро переходят в проблемы экономические.

Биомасса в наземных экосистемах убывает от продуцентов к редуцентам. Согласно правилу 10% убывает и биогеохимическая энергия. Обратных энергетических пирамид, как и двигателей второго рода, не бывает.

Но об обратных пирамидах приходится говорить, когда в пищевую цепь постоянно попадают вредные вещества. Их накопление происходит очень интенсивно, это иллюстрируется примером с пестицидом ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), относящимся к группе дустов*.

________________________________________________________________________

*Токсикологические свойства и характеристики

ЛД₅₀ для различных экспериментальных животных при введении ДДТ через рот составляет 250-400 мг/кг. Установлено, что ДДТ способен накапливаться в жировой ткани у животных и человека. Несмотря на его низкую растворимость в воде, в водных организмах происходит его биоконцентрация, и содержание ДДТ в ряде гидробионтов доходит до десятков миллиграмм на 1 кг живой массы.^[5]

Интересно отметить, что в присутствии барбитуратов (люминала) метаболизм ДДТ в организме человека и животных протекает значительно быстрее, и препараты за сравнительно короткий срок выводятся из организма.^[5]

ДДТ обладает устойчивостью к разложению. Ни свет, ни ферменты, ни критичные температуры не способны сильно повлиять на процесс разложения ДДТ. В итоге, при попадании в окружающую среду, ДДТ проникает в пищевые цепи. В них токсикант накапливается в значительных количествах: сначала в растениях, потом в животных организмах и, в итоге, в человеческом теле. Расчеты исследователей показали, что на каждом звене пищевой цепи происходит рост содержания ДДТ в десять раз:

· Ил, содержащий ДДТ – 1х

· Растения (водоросли) – 10х

· Мелкие организмы (рачки) – 100х

· Рыбы – 1000х

· Хищные рыбы – 10000х

Низкая растворимость в воде и высокая растворимость в жирах и обусловливает задержку ДДТ в жировых клетках. Скорость накопления вещества в организме варьирует в зависимости от концентрации, длительности воздействия, вида живого объекта и условий окружающей среды. Высокая степень удержания ДДТ говорит о том, что токсические эффекты способны проявляться в течение большого промежутка времени, а также на значительном географическом удалении от места воздействия. Организмы высоких пищевых уровней имеют тенденцию к накоплению больших количеств ДДТ в сравнении с организмами низших пищевых уровней. В организмах мигрирующих животных ДДТ способен транспортироваться по всему миру, а также воздушным и океаническим потоками.^[8]

_____________________________________________________________________________

Н.Ф. Реймерс в книге «Начала экологических знаний» приводит следующее правило накопления вредных веществ: