bg‑yellow

Wydajność troficzna

Wydajność produkcji pierwotnej

Materia organiczna, która została wyprodukowana z energii słonecznej przez pierwszy poziom troficzny – producentów, określana jest jako produkcja pierwotna bruttoprodukcja pierwotna bruttoprodukcja pierwotna brutto. Wskaźnik, który określa wykorzystanie energii słonecznej przez organizmy samożywne (autotrofy) w danej biocenoziebiocenozabiocenozie, to wydajność produkcji pierwotnej bruttowydajność produkcji pierwotnejwydajność produkcji pierwotnej brutto. Dużą wydajnością produkcji pierwotnej brutto charakteryzują się biocenozy leśne, natomiast biocenozy wodne cechuje niski wskaźnik wykorzystania energii słonecznej.

Część materii organicznej wyprodukowanej przez producentów zostaje bezpowrotnie utracona w drodze reakcji katabolicznychkatabolizmkatabolicznych, np. oddychania. Pozostała część – stanowiąca tylko około połowy produkcji pierwotnej brutto – jest gromadzona w postaci biomasybiomasabiomasy. Przyrost biomasy producentów w jednostce czasu to produkcja pierwotna nettoprodukcja pierwotna nettoprodukcja pierwotna netto. Materia ta dostępna jest w całości dla organizmów cudzożywnych (heterotrofów).

Wydajność produkcji wtórnej

Natomiast biomasa zgromadzona przez konsumentów, po odjęciu strat, do których doszło w wyniku reakcji katabolicznych, określana jest jako produkcja wtórna nettoprodukcja wtórna nettoprodukcja wtórna netto. W organizmach roślinożerców zostaje zgromadzone tylko około 10% energii zmagazynowanej  przez producentów (rośliny). Stosunek energii dostępnej dla kolejnego poziomu troficznego do energii pobranej z poziomu poprzedniego to wydajność produkcji wtórnejwydajność produkcji wtórnejwydajność produkcji wtórnej.

Więcej informacji znajdziesz w e‑materiale pt. Produktywność ekosystemówP4Tflc6ZoProduktywność ekosystemów.

bg‑yellow

Piramidy troficzne

Możemy wyróżnić trzy rodzaje piramid troficznych, które umożliwiają przedstawienie struktury ekosystemu. Obrazują one liczebność, biomasę albo energię przypadającą na jednostkę powierzchni w jednostce czasu.

1
Piramida energii

Przedstawia przepływ energii przez poziomy troficzne. Przy przechodzeniu z jednego poziomu do kolejnego dochodzi do przemian energetycznych, co wiąże się z nieuchronną utratą wolnej energii. Determinuje to kształt tej piramidy: podstawa jest najszerszym poziomem, więc schemat zwęża się ku górze (nigdy nie będzie to piramida odwrócona).

R8oYLFGAanFPF
Rysunek główny przedstawia typową piramidę energii. Jest to piramida schodkowa złożona z prostokątów tworzących cztery schody. Schodek na samym dole jest najszerszy, na górze najwęższy. Na schodach są cyfry od 1 na samym dole piramidy do 4 na górze. Opisano: 1. Producenci. Rośliny pochłaniają i przetwarzają 1% - docierającej do nich energii słonecznej; przykładowa produktywność pierwotna na tym poziomie - 8729 kcal na metr kwadratowy na rok, co oznacza że w jednym metrze kwadratowym danego ekosystemu zmagazynowane jest w ciągu roku 8729 kcal energii. Zdjęcie przedstawia kwiat stokrotki polnej. Jest zebrany w pojedynczy koszyczek. Na zewnątrz koszyczka jeden szereg białych kwiatów języczkowych żeńskich. Wewnątrz koszyczka żółte, rurkowe kwiaty. Stokrotka pospolita (Bellis perennis). Źródło: (Wikimedia Commons(; licencja: CC BY-SA 2.5. 2. Konsumenci pierwszego rzędu. Transfer pomiędzy kolejnymi poziomami troficznymi nie jest zbyt wydajny, wynosi ok. 10%; przykładowa produktywność pierwotna na tym poziomie - 1206 kcal na metr kwadratowy na rok. Zdjęcie przedstawia ślimaka na zielonym liściu. To ślimak o błyszczącej, żółto-bordowej, spiralnej muszli. Muszla jest kulisto-stożkowata. Ślimak gajowy (Cepaea nemoralis). Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY 3.0. 3. Konsumenci drugiego rzędu Pozostała część energii wykorzystywana jest na procesy metaboliczne; przykładowa produktywność pierwotna na tym poziomie - 132 kcal na metr kwadratowy na rok. Zdjęcie przedstawia jaszczurkę o wężowym kamuflażu na omszałym kamieniu. Ma długi zwinięty ogon, pięciopalczaste łapki i niedużą głowę z małym czarnym okiem. Jaszczurka zwinka (Lacerta agilis). Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY-SA 3.0. 4. Konsumenci trzeciego rzędu. Ze względu na starty energetyczne (na każdym poziomie troficznym), nie istnieje odwrócona piramida energii; przykładowa produktywność pierwotna na tym poziomie - 8 kcal na metr kwadratowy na rok. Zdjęcie przedstawia dużą żmiję. Ma beznogie ciało pokryte oliwkowymi łuskami. Wzdłuż jej ciała biegnie wzór w kształcie zygzaka. Żmija zygzakowata (Vipera berus). Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY 3.0.
Typowa piramida energii.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Piramida biomasy

Przedstawia masę osobników na każdym poziomie troficznym. Wielkość masy wyrażana jest w kilogramach lub gramach suchej masy na metr kwadratowy lub metr sześcienny powierzchni zajmowanej przez dany poziom pokarmowy. Wyróżniamy dwa typy piramidy biomasy:

  • Typowa piramida biomasy – jest charakterystyczna dla biocenoz lądowych. Cechuje ją to, że biomasa producentów jest większa niż biomasa konsumentów – każdy kolejny poziom wiąże się z mniejszą biomasą.

    R1HaPPuOf1pwq
    Ilustracja interaktywna przedstawia typową piramidę biomasy, która ma kształt piramidy schodkowej złożonej z czterech coraz mniejszych prostokątów. Oznaczone są one cyframi od 1 do 4, gdzie 1 przypisane jest do podstawy, a 4 do najwyższego schodka. Opis punktów znajdujących się na piramidzie: 1. Producenci. Zajmują najniższy poziom troficzny. Grupę tę tworzą głównie chemoautotrofy oraz fotoautotrofy (np. drzewa owocowe). Zdjęcie przedstawia drzewo owocowe. To dziko rosnąca jabłoń. Ma zielone lancetowate liście i kuliste, zarumienione, drobne owoce. Jabłoń (Malus sylvestris). Źródło: (Wikimedia Commons); licencja: CC BY-SA 3.0. 2. Konsumenci pierwszego rzędu. Stanowią drugi poziom troficzny, składający się z organizmów roślinożernych (oraz wszystkożernych). Zdjęcie przedstawia niewielkiego, soczyście zielonego owada roślinożernego z niewielkimi, czerwonymi symetrycznymi oczami i licznymi odnóżami. Owad siedzi na łodydze. Mszyce (Aphidomorpha). Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY-SA 2.5. 3. Konsumenci drugiego rzędu. Trzeci poziom troficzny to zwierzęta mięsożerne oraz wszystkożerne (w zależności od pobieranego pokarmu). Zdjęcie przedstawia niewielkiego owada w czerwonym pancerzyku, w czarne kropki idącego po liściu. Biedronka siedmiokropka (Coccinella septempunctata).Źródło: (Wikimedia Commons; licencja: CC BY-SA 3.0. 4. Konsumenci trzeciego rzędu. Konsumenci trzeciego i wyższych rzędów stanowią zwierzęta mięsożerne oraz wszystkożerne (w zależności od pobieranego pokarmu). Zdjęcie przedstawia sikorkę. Wierzch ciała ptaka jest oliwkowy, a pokrywy skrzydłowe szaroniebieskie z białym prążkiem. Spód żółty z czarną, podłużną pręgą. Skrzydła i ogon są czarno szare, a na lotkach widać poprzeczną białą pręgę. Czarny dziób, ciemnobrązowe tęczówki oczu i szaroniebieskie dość długie i silne nogi, dzięki którym porusza się zręcznie pomiędzy gałązkami. Dziób ptaka jest niewielki. Na zdjęciu ptak przysiadł na gałęzi drzewa. Bogatka zwyczajna (Parus major). Źródło: <Wikimedia Commons; licencja: CC BY-SA 3.0.
    Typowa piramida biomasy.
    Źródło: Englishsquare.pl sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Odwrócona piramida biomasy – jest charakterystyczna dla biocenoz wodnych. Cechuje ją to, że biomasa producentów (w przypadku biocenoz wodnych – fitoplanktonu) jest zdecydowanie mniejsza niż biomasa konsumentów (zooplanktonu). Piramida ma więc największą szerokość na górze i zwęża się ku dołowi.

    R4bNYun1RXlEi
    Rysunek główny przedstawia odwróconą piramidę biomasy. Jest to piramida schodkowa złożona z prostokątów tworzących cztery schody odwrócona od najmniejszego u podstawy ku największemu na górze. Na schodach są cyfry od 1 na samym dole piramidy do 4 na górze. Opisano: 1. Producenci, np. fitoplankton. Zdjęcie mikroskopowe przedstawia fitoplankton. Komórki fitoplanktonu przypominają swoim kształtem cebulę ze szczypiorem i zawierają barwnik zielony, tworząc spiralny kształt. Źródło: Wikimedia Commons; licencja: domena publiczna. 2. Konsumenci pierwszego rzędu, np. zooplankton. Zdjęcie przedstawia pływający w wodzie zooplankton. Jest on stworzony z organizmów zwierzęcych. W jego skład wchodzą pierwotniaki i wrotki. Źródło: Pixabay; licencja: domena publiczna. 3. Konsumenci drugiego rzędu np. tuńczyk biały (Thunnus alalunga). Zdjęcie przedstawia rybę. To tuńczyk biały. Ma wydłużone płetwy piersiowe sięgające poza połowę ciała. Stanowią około trzydziestu procent całkowitej długości ryby. Grzbiet i boki niebieskie z metalicznym połyskiem, srebrzystobiały brzuch. A także żółte płetwy grzbietowe i duże okrągłe oczy. Źródło: Wikimedia Commons; licencja: domena publiczna. 4. Konsumenci trzeciego rzędu, np. żarłacz srebrnopłetwy (Carcharhinus albimarginatus). Zdjęcie przedstawia żarłacza srebrnopłetwego. Rekin ma wydłużony korpus. Wydłużona szeroka głowa posiada ostro zakończony pysk. Wydłużone nozdrza osadzone po bokach spodu pyska posiadają małe trójkątne fałdy skórne. Ma duże, okrągłe oczy. Tępo zakończona pierwsza stosunkowo niska płetwa grzbietowa ma długą wolną dalszą końcówkę. Kształtem przypomina łagodnie wygięty ku tyłowi sierp. Jej przednia krawędź leży dokładnie nad tylną krawędzią podstawy płetw piersiowych. Mała druga płetwa grzbietowa ma romboidalny kształt i wąską podstawę. Umiejscowiona jest nad płetwą odbytową. Pomiędzy płetwami grzbietowymi występuje wyraźny między grzbietowy łuk. Ostro zakończone płetwy piersiowe są długie i szerokie, z mocno zagiętą dystalną krawędzią. Proporcjonalnie duże płetwy brzuszne, podobnie jak druga płetwa grzbietowa, mają romboidalny kształt, lecz dużo szerszą podstawę. Cechą charakterystyczną tego gatunku są śnieżnobiałe szerokie tylne krawędzie pierwszej płetwy grzbietowej, płetwy odbytowej, płetwy ogonowej, płetw piersiowych i brzusznych. Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY-SA 3.0.
    Odwrócona piramida biomasy.
    Źródło: Englishsquare.pl sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Piramida liczebności

Przedstawia liczebność na poszczególnych poziomach troficznych biocenozy, wyrażaną jako liczba osobników na daną powierzchnię (np. metr kwadratowy). Piramida liczebności również może być typowa lub odwrócona:

  • Typowa piramida liczebności – przybiera najczęściej spotykany kształt piramidy: najwięcej jest organizmów będących producentami, a konsumenci kolejnych rzędów występują w coraz mniejszej liczbie.

    RWhcbzTqpmmBM
    Rysunek przedstawia piramidę liczebności. To piramida schodkowa złożona z czterech prostokątów ułożonych od największego na dole, po najmniejszy na górze. Schody oznaczone są cyframi od 1 do 4, przy czym jedynka jest na samym dole, a czwórka na samej górze. Opisane punkty: 1. Producenci. Jest ich najwięcej, a w typowej piramidzie liczebności, na każdym poziomie troficznym, widoczny jest spadek liczby organizmów. Zdjęcie przedstawia kłosy zboża na polu uprawnym. Rosną gęsto, obok siebie. Kwiatostan zbóż przypomina spleciony warkocz. Wokół rosną szerokie, zielone liście. Pszenica zwyczajna (Triticum aestivum). Źródło: Wikimedia Commons; Licencja: CC BY-SA 3.0. 2. Konsumenci pierwszego rzędu. Jest ich mniej niż producentów. Zdjęcie przedstawia mysz polną. To mały gryzoń o czarnej prędze wzdłuż grzbietu, zamieszkuje głównie pola i łąki. Ma brązowe gęste futro, okrągłe niewielkie uszy, czarne owalne oczy. Szpiczasty pyszczek i długi różowy ogon. Ma też małe łapki. Mysz polna (Apodemus agrarius). Źródło: Wikimedia Commons; Licencja: CC BY-SA 2.5. 3. Konsumenci drugiego rzędu Jest ich mniej niż producentów i konsumentów drugiego rzędu. Zdjęcie przedstawia rudego lisa o gęstym futrze. Ubarwienie futra od spodu jest białe. Ma niewielki czarny, okrągły nos i wąsy. Na niewielkiej głowie znajdują się małe brązowe oczy i para trójkątnych, stojących, rudych uszu. Lis rudy (Vulpes vulpes). Źródło: Wikimedia Commons; Licencja: domena publiczna. 4. Konsumenci trzeciego rzędu. Łączna liczba wszystkich mięsożerców jest mniejsza, niż liczba wszystkich roślinożerców. Zdjęcie przedstawia wilka. Ma szaro białe futro, duży, okrągły, czarny nos, bursztynowe, niewielkie oczy. Stojącą, trójkątną parę uszu. Głowa charakteryzuje się dosyć szerokim czołem. Kończyny są długie, białe zakończone pazurami. Wilk szary (Canis lupus). Źródło: Wikimedia Commons; Licencja: domena publiczna.
    Typowa piramida liczebności.
    Źródło: Englishsquare.pl sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Odwrócona piramida liczebności – ilustruje sytuację, w której producent jest w stanie zapewnić pokarm dużej liczbie konsumentów.

    R16b3zxWJkCny
    Rysunek przedstawia piramidę schodkową złożoną z prostokątów. Ta piramida u podstawy ma najmniejszy z prostokątów, kolejno duży prostokąt, średni i nieco mniejszy na szczycie. Prostokąt najmniejszy, na dole oznaczony jest cyfrą 1, następne prostokąty cyframi 2, 3 i 4. Opisane punkty: 1. Producenci. Poszczególne drzewa są na tyle duże, że mogą służyć innym poziomom troficznym (pomimo ich niewielkiej liczby). Zdjęcie przedstawia drzewo iglaste. To świerk pospolity. Rośnie przy ścianie lasu. Świerk ma rozłożyste gałęzie. Jest zimozielony. To drzewo góruje nad pozostałymi, niższymi drzewami i krzewami. Korona smukła, stożkowata. Dolne konary z wiekiem zwieszają się, górne pozostają w większości poziomo. Jest drzewem jednopiennym. Świerk pospolity (Picea abies). Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY-SA 3.0ee. 2. Konsumenci pierwszego rzędu. Jest ich więcej niż producentów. Zdjęcie przedstawia niewielkiego, czarnego owada. To kornik. Ma czarne, pokryte włoskami ciało, niewielkie, długie, wąskie nogi. Dużą puszkę głowową. Kornik drukarz (Ips typographus). Źródło: Wikimedia Commons; licencja: CC BY 3.0. 3. Konsumenci drugiego rzędu. Jest ich mniej niż konsumentów pierwszego rzędu. Zdjęcie przedstawia dzięcioła dużego. To ptak o czarno-białym ubarwieniu. Ma również czerwone pióra z tyłu głowy i na spodniej części brzucha. Kuper, ogon, skrzydła, grzbiet i wierzch głowy czarne. Tęczówki oczu są czerwone. Czarny pas ciągnie się od dziobu w kierunku piersi. Drugi otacza górną część szyi. Dolna część brzucha i podogonie w kolorze jaskrawoczerwonym oddzielają się wyraźnie od białego spodu. Na szyi dwie białe plamy, podobnie na barkach oraz skrajnych sztywnych sterówkach. Ma mocny, dłutowaty ciemnoszary dziób i szare nogi. Dzięcioł duży (Dendrocopos major). Źródło: Wikimedia Commons; Licencja: CC BY-SA 3.0. 4. Konsumenci trzeciego rzędu Jest ich mniej niż konsumentów drugiego rzędu. Zdjęcie przedstawia dużego jastrzębia. Wierzch jego ciała jest szaropopielaty, a spód jasny, w liczne poprzeczne, szare, faliste prążki. Podogonie jest pręgowane z jasną plamą u nasady. Nad oczami ptaka znajdują się szerokie, białe brwi. Tęczówka oka jest jaskrawożółta. Ogon dość długi. Głowa z charakterystycznym profilem – ptak ma zagięty dziób. Jastrząb zwyczajny (Accipiter gentilis). Źródło: Wikimedia Commons; Licencja: CC BY 3.0.
    Odwrócona piramida liczebności.
    Źródło: Englishsquare.pl sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RfkKGzHjut82B
Przykładowa piramida troficzna.
Źródło: Joanna Kośmider, Wikimedia Commons, licencja: CC BY 1.0.

Słownik

biocenoza
biocenoza

(gr. bios – życie; koinós – wspólny) zespół populacji danego środowiska powiązanych ze sobą czynnikami ekologicznymi; biocenoza wraz ze środowiskiem nieożywionym (biotopem) tworzy ekosystem

biomasa
biomasa

masa wszystkich organizmów w danym siedlisku

ekologiczna piramida
ekologiczna piramida

struktura troficzna i funkcjonalna ekosystemu, zobrazowana graficznie w postaci ułożonych na sobie prostokątów o różnej szerokości; najszerszy prostokąt stanowiący podstawę piramidy reprezentuje poziom troficzny producentów, kolejne, coraz węższe – kolejne poziomy konsumentów

katabolizm
katabolizm

obejmuje reakcje metaboliczne, prowadzące do rozkładu złożonych związków chemicznych na związki prostsze, czemu towarzyszy utrata energii; reakcja kataboliczna charakteryzuje się tym, że jej substraty znajdują się na wyższym poziomie energetycznym niż produkty

konsumenci
konsumenci

organizmy cudzożywne odżywiające się substancjami pokarmowymi znajdującymi się w ciałach innych organizmów (żywych lub martwych); konsumenci nie wytwarzają związków organicznych z nieorganicznych, lecz korzystają z gotowej materii organicznej

poziom troficzny
poziom troficzny

grupa organizmów pełniąca podobne funkcje w procesach energetycznych przebiegających w ekosystemach; podstawowymi poziomami troficznymi ekosystemów są: producenci, konsumenci (I rzędu — roślinożercy, II rzędu — drapieżcy) i destruenci (reducenci)

producenci
producenci

rośliny zielone, a także niektóre gatunki pierwotniaków i bakterii, wiążące energię świetlną lub chemiczną i wytwarzające z pobieranych związków nieorganicznych substancje organiczne (autotrofizm); jako pokarm konsumentów stanowią podstawowe ogniwo łańcuchów pokarmowych i źródło energii w ekosystemach

produkcja pierwotna brutto
produkcja pierwotna brutto

ilość materii wytworzonej przez producentów, tzw. produkcja roślin zielonych, rozumiana jako szybkość gromadzenia energii promieniowania słonecznego w materii organicznej, z której zbudowane jest ciało tych roślin

produkcja pierwotna netto
produkcja pierwotna netto

ilość energii, jaką mogą pozyskać konsumenci, jest równa różnicy energii związanej w procesie fotosyntezy i energii traconej w procesach katabolicznych w jednostce czasu

produkcja wtórna netto
produkcja wtórna netto

produkcja wtórna określa szybkość kumulowania się energii w organizmach cudzożywnych i jest wyrażana w gramach lub dżulach na jednostkę czasu i powierzchni

wydajność produkcji pierwotnej
wydajność produkcji pierwotnej

wskaźnik określający wykorzystanie energii słonecznej przez organizmy samożywne (autotrofy) w danej biocenozie

wydajność produkcji wtórnej
wydajność produkcji wtórnej

stosunek energii dostępnej dla kolejnego poziomu troficznego do energii pobranej z poprzedniego poziomu troficznego