Правило 10 линдемана

ЗАКОН ЛИНДЕМАНА

Смотреть что такое «ЗАКОН ЛИНДЕМАНА» в других словарях:

  • ЗАКОН ОДНОСТОРОННЕГО ПОТОКА ЭНЕРГИИ В ЦЕНОЭКОСИСТЕМАХ — (биоценозах), закон, согласно которому энергия, получаемая биоценозом, путем эндотермического фотосинтеза автотрофными огранизмами продуцентами вместе с их биомассой передается гетеротрофным организмам консументам (сначала фитофагам, от них… … Экологический словарь

  • ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ ВТОРОЙ — фундаментальный закон, согласно которому процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную (например, тепло горячего предмета… … Экологический словарь

  • ЗАКОН ПИРАМИДЫ ЭНЕРГИЙ — (ПРАВИЛО 10 % ЛИНДЕМАНА) с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень не более 10 % энергии. Экологический словарь, 2001 Закон пирамиды энергий Правило 10% Линдемана с одного трофического уровня экол … Экологический словарь

  • ПРИНЦИП ЛИНДЕМАНА — см. Закон Линдемана. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

  • ПИРАМИДА ЭНЕРГИИ — графическая модель величины потока энергии и (или) продуктивности через последовательные трофические уровни. Пирамида энергии всегда сужается кверху при условии, что будут учтены все источники пищевой энергии в системе, т. е. она всегда имеет… … Экологический словарь

  • ТРОФОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД — (от трофо… и греч. dynamis сила), подход, обоснованный Л. Линдеманом (1942), согласно которому экосистемы в процессе питания связывают потребляемую энергию. С этой точки зрения можно дать количественную оценку значения отдельных популяций,… … Экологический словарь

  • ЭНЕРГЕТИКА ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ — раздел экологии, изучающий энергетические процессы (проявление законов термодинамики, энергетической пирамиды, закон Линдемана и др.) в экосистеме; 2) безопасная (не загрязняющая) для окружающей среды энергетика (альтернативные источники энергии) … Экологический словарь

  • Дуэль — У этого термина существуют и другие значения, см. Дуэль (значения). Дуэль на саблях между германскими студентами в 1900 х годах … Википедия

  • Швеция — I Расположение, границы, пространство. Королевство Ш. занимает большую, восточную часть Скандинавского полуострова, западную часть которого занимает соединенное с Ш. личной унией королевство Норвегия. Площадь обоих государств вместе равняется… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Швеция (дополнение к статье) — (см.). После расторжения в 1905 г. унии с Норвегией площадь Ш. определена в 447862 кв. км, из них под озерами 36667 кв. км. К концу 1905 г. в Ш. было 5294885 жителей (2584564 мжч. и 2710321 жнщ.), что составляет 11,8 человека на 1 кв. км. После… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Точнее – закономерность в области биологии, установленная Раймондом Линдеманом, согласно которой только часть (примерно 10%) энергии, поступившей на определенный системный уровень, передаётся организмам, находящимся на более высоких уровнях.

Например, растения могут усваивать при фотосинтезе до 1% солнечной энергии. В свою очередь, растительноядные животные потребляют около до 10% энергии растений (или: до 90% энергии, накопленной растениями, просто теряется…).

Хищники, питаясь растительноядными животными, получают 10% энергии, содержащихся в биомассе всего ими съеденного.

Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемой верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими её уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее — не более 0,5% от общего её потока, и потому можно полагать, что круговорота энергии в биоценозе не происходит.

ПРИМЕР. «…человек, грызущий морковку, относится к числу консументов первого порядка, но, отведав такое блюдо французской кухни, как лягушачьи лапки, он становится консументом третьего порядка. Большинство травоядных, хищных и всеядных животных черпает пищу из нескольких цепей, составляющих их пищевую сеть».

Люсьен Матье, Сбережём землю, М., «Прогресс», 1985 г., с. 23.

ПРИМЕР. «Хищник живет плотью поедаемых животных. Оно щиплет травку пятнадцать часов в день и переваривает круглосуточно — а он наедается за четверть часа на трое суток. Это более эффективный способ потребления энергии: быстро, много, уже преобразованной из растений. Вроде «сникерса»: съел — и порядок. Хищник как усовершенствованная биосистема, опосредованно, через «фильтр-обогатитель», работающая на энергии веществ земной коры и на солнечной энергии. Сам он травой питаться не может, сдохнет, а жить надо. Аналогично государственная система стремится получать энергию самым эффективным из доступных ей способов. Если отобрать у другого быстрее и проще, чем делать самому — отбираем. И это вовсе не всегда имеет форму грабежа. Идеологически и нравственно это может облекаться в самые разные одежды».

Веллер М.И., Кассандра, СПб, «Пароль», 2003 г., с. 80-81.

Закон пирамиды энергии Р. Линдемана

ЗАКОН ЛИНДЕМАНА, правило 10%, принцип Линдемана, термодинамическая интерпретация циркуляции потока энергии через трофические уровни в экосистеме. Закон, открытый Линдеманом (1942), согласно к-рому только часть (10%) энергии, поступившей на определенный трофич. уровень биоценоза, передается организмам, находящимся на более высоких трофич. уровнях. Напр., количество энергии, к-рая доходит до третичных плотоядных (трофический уровень V), составляет около 10-4 энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное количество (5 — 6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от рассматриваемого биоценоза.

Закон пирамиды энергий Р.Линдемана это Закон десяти процентов

Закон пирамиды энергий Р.Линдемана — в экологии — закон, согласно которому при переходе с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10% энергии биомассы или вещества в энергетическом выражении.

БИОСФЕРА

План лекции:

1. Понятие о биосфере

2. Эволюция биосферы по Вернадскому

3. Ноосфера

Понятие о биосфере

Понятие «биосфера» (сфера жизни) впервые было введено австрийским геологом Э.Зюссом в 70-х годах XIX века для обозначения «лика земли», ее поверхностного географического образа.

Идея о влиянии жизни на природные процессы была впервые научно обоснована на рубеже XIX и ХХ столетий в трудах русского естествоиспытателя В. В. Докучаева (1846-1903), который указал на зависимость типа почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительности и животных.

Основоположником современного учения о биосфере можно по праву назвать крупнейшего естествоиспытателя и мыслителя ХХ века Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945). В 20-е годы ХХ века он разработал представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические и физико-химические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.). Вернадский впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры.

БИОСФЕРА, по Вернадскому — это та область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов. Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), всю гидросферу и верхние слои литосферы на глубину 2-3 км. Всю совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.


Вся биомасса планеты составляет около 0,01 % массы земной коры, но, несмотря на столь незначительную общую массу, роль живых организмов в биосфере огромна. Они преобразуют все оболочки планеты (литосферу, гидросферу и атмосферу). Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши и верхние слои гидросферы. Более 90% всего живого вещества приходится на наземную растительность (особенно велика биомасса тропических лесов).

БИОГЕННОЕ ВЕЩЕСТВО — вещество, созданное и перерабатываемое совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, нефть, известняки, битумы и др.). После образования биогенного вещества живые организмы в нем мало деятельны.

КОСНОЕ ВЕЩЕСТВО — образованное процессами, в которых живые организмы не участвуют (изверженные горные породы, метеориты и др.).

БИОКОСНОЕ ВЕЩЕСТВО — создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других. Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты – это почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности живого вещества.

Следовательно, биосфера — это область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Правило Линдемана (10%)

Сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни биоценоза, постепенно гасится. В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий, или закон (правило) 10%, согласно которому с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице»: продуцент — консумент — редуцент) в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемой верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими ее уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее — не более 0,5% (даже 0,25%) от общего ее потока, и потому говорить о круговороте энергии в биоценозе не приходится.

Если энергия при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных, в примерно такой же пропорции увеличивается. Этот факт фиксирован в правиле биологического усиления. Оно справедливо для всех ценозов. В водных биоценозах накопление многих токсичных веществ, в том числе хлорорганических пестицидов, коррелирует с массой жиров (липидов), т.е. явно имеет энергетическую подоснову.

Пирамида численности. Для построения пирамиды численности подсчитывают число организмов на некоторой территории, группируя их по трофическим уровням:

§ продуценты — зеленые растения;

§ первичные консументы — травоядные животные;

§ вторичные консументы — плотоядные животные;

§ третичные консументы — плотоядные животные;

§ га-е консументы («конечные хищники») — плотоядные животные;

§ редуценты — деструкторы.

Консументы второго, третьего и более высоких порядков могут быть хищниками (охотиться, схватывая и убивая жертву), могут питаться падалью или быть паразитами.

В последнем случае они по величине меньше своих хозяев, в результате чего пищевые цепи паразитов необычны по ряду параметров. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные становятся крупнее на каждом трофическом уровне.

Каждый уровень изображается условно в виде прямоугольника, длина или площадь которого соответствуют численному значению количества особей. Расположив эти прямоугольники в соподчиненной последовательности, получают экологическую пирамиду численности (рис. 3), основной принцип построения которой впервые сформулировал американский эколог Ч. Элтон Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. — 3-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2004..

Рис. 3. Экологическая пирамида численности для луга, поросшего злаками: цифры — число особей

Данные для пирамид численности получают достаточно легко путем прямого сбора образцов, однако существуют и некоторые трудности:

§ продуценты сильно различаются по размерам, хотя один экземпляр злака или водоросли имеет одинаковый статус с одним деревом. Это порой нарушает правильную пирамидальную форму, иногда давая даже перевернутые пирамиды (рис. 4) Там же.;

Рис. 4. Нарушенная (а) и перевернутая (б) пирамиды численности

§ диапазон численности различных видов настолько широк, что при графическом изображении затрудняет соблюдение масштаба, однако в таких случаях можно использовать логарифмическую шкалу.

Пирамида биомасс. Экологическую пирамиду биомасс строят аналогично пирамиде численности. Ее основное значение состоит в том, чтобы показывать количество живого вещества (биомассу — суммарную массу организмов) на каждом трофическом уровне. Это позволяет избежать неудобств, характерных для пирамид численности. В этом случае размер прямоугольников пропорционален массе живого вещества соответствующего уровня, отнесенной к единице площади или объема (рис. 5, а, б) Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. — 3-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2004.. Термин «пирамида биомасс» возник в связи с тем, что в абсолютном большинстве случаев масса первичных консументов, живущих за счет продуцентов, значительно меньше массы этих продуцентов, а масса вторичных консументов значительно меньше массы первичных консументов. Биомассу деструкторов принято показывать отдельно.

Рис. 5. Пирамиды биомасс биоценозов кораллового рифа (а) и пролива Ла-Манш (б): цифры — биомасса в граммах сухого вещества, приходящегося на 1 м2

При отборе образцов определяют биомассу на корню или урожай на корню (т.е. в данный момент времени), которая не содержит никакой информации о скорости образования или потребления биомассы.

Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т.е. общую биомассу всех организмов каждого трофического уровня. Поэтому при дальнейшем анализе могут возникнуть ошибки, если не учитывать следующее:

* во-первых, при равенстве скорости потребления биомассы (потеря из-за поедания) и скорости ее образования урожай на корню не свидетельствует о продуктивности, т.е. о количестве энергии и вещества, переходящих с одного трофического уровня на другой, более высокий, за некоторый период времени (например, за год). Так, на плодородном, интенсивно используемом пастбище урожай трав на корню может быть ниже, а продуктивность выше, чем на менее плодородном, но мало используемом для выпаса;

* во-вторых, продуцентам небольших размеров, например водорослям, свойственна высокая скорость роста и размножения, уравновешиваемая интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и естественной гибелью. Поэтому продуктивность их может быть не меньше чем у крупных продуцентов (например, деревьев), хотя на корню биомасса может быть мала. Иными словами, фитопланктон с такой же продуктивностью, как у дерева, будет иметь намного меньшую биомассу, хотя мог бы поддерживать жизнь животных такой же массы.

Одним из следствий описанного являются «перевернутые пирамиды» (рис. 3, б). Зоопланктон биоценозов озер и морей чаще всего обладает большей биомассой, чем его пища — фитопланктон, однако скорость размножения зеленых водорослей настолько велика, что в течение суток они восстанавливают всю съеденную зоопланктоном биомассу. Тем не менее в определенные периоды года (во время весеннего цветения) наблюдают обычное соотношение их биомасс (рис. 6) Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. — 3-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2004..

Рис. 6. Сезонные изменения в пирамидах биомассы озера (на примере одного из озер Италии): цифры — биомасса в граммах сухого вещества, приходящегося на 1 м3

Кажущихся аномалий лишены пирамиды энергий, рассматриваемые далее.

Пирамида энергий. Самым фундаментальным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и функциональной организации биоценозов является пирамида энергий, в которой размер прямоугольников пропорционален энергетическому эквиваленту в единицу времени, т.е. количеству энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за принятый период (рис. 7) Там же.. К основанию пирамиды энергии можно обоснованно добавить снизу еще один прямоугольник, отражающий поступление энергии Солнца.

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

Правило 1% Экология. Курс лекций. Составил: к.т.н., доцент Тихонов А.И., 2002.. Точки Пастера, как и закон пирамиды энергий Р. Линдемана, дали повод для формулировки правил одного и десяти процентов. Конечно, 1 и 10 — числа приближенные: около 1 и примерно 10.

«Магическое число» 1% возникает из соотношения возможностей потребления энергии и «мощностей», необходимых для стабилизации среды. Для биосферы доля возможного потребления общей первичной продукции не превышает 1% (что следует и из закона Р. Линдемана: около 1% чистой первичной продукции в энергетическом выражении потребляют позвоночные животные как консументы высших порядков, около 10% — беспозвоночные как консументы низших порядков и оставшуюся часть — бактерии и грибы-сапрофаги). Как только человечество на грани прошлого и нашего веков стало использовать большее количество продукции биосферы (сейчас не менее 10%), так перестал удовлетворяться принцип Ле Шателье — Брауна (видимо, примерно с величины 0,5% от общей энергетики биосферы): растительность не давала прироста биомассы в соответствии с увеличением концентрации СО2 и т.д. (прирост количества связанного растениями углерода наблюдался лишь в прошлом веке).

Эмпирически порог потребления 5 — 10% от суммы вещества, приводящий с переходом через него к заметным изменениям в системах природы, достаточно признан. Принят он главным образом на эмпирико-интуитивном уровне, без различения форм и характера управления в этих системах. Ориентировочно можно разделить намечающиеся переходы для природных систем с организменным и консорционным типом управления с одной стороны, и популяционных систем с другой. Для первых интересующие нас величины — порог выхода из стационарного состояния до 1% от потока энергии («нормы» потребления) и порог саморазрушения — около 10% от этой «нормы». Для популяционных систем превышение в среднем 10% объема изъятия приводит к выходу этих систем из стационарного состояния.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *