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生態金字塔(ecological pyramid)把生態系統中各個營養級有機體的個體數量、生物量或能量,按營養級位順序排列並繪製成圖,其形似金字塔,故稱生態金字塔或生態錐體。
它指各個營養級之間某種數量關係,這種數量關係可採用生物量單位、能量單位或個體數量單位,採用這些單位構成的生態金字塔分別稱為生物量金字塔、能量金字塔和數量金字塔。
所謂“生態金字塔”有三種類型:⑴生態數量錐體、⑵生態生物量錐體、⑶生態能量錐體。
三者不應相混,更不應將生態數量錐體與生態能量錐體混為一談。生態能量錐體指的是在一個生態系統中,低營養級的生物所固定的能量一定比高營養級的大,即生態系統中的能量是沿食物鏈逐級遞減的。由此,這個生態能量錐體必然是一個上尖下大的金字塔形錐體。這是因為:一,消費者有機體在獲取食物方面從來不可能是完全有效的,總有許多生物保留下來,有些可能不適合食用也會保留下來;二,消費者有機體從來不可能把全部吃下的食物都轉變成自己的原生質(即完全同化),其中有些作為糞便排出;吸收的能量(即同化過程中所得到的能量)中,大部分在呼吸過程中作為燃料轉變為熱能而散失。(熱能不可能再為生產者所利用,即生態系統中能流是單向性的)這樣,低的收穫率與低的代謝效率相結合,就使得在生態系統中,消費者生物種群至多隻能轉變食物源的10~20%成為自己的原生質,即營養級之間能量轉移的效率一般為10%“百分之十遞減率”。於是,明顯地,生態系統中能量是沿食物鏈單向流動並逐級遞減的。然而,生態數量錐體就未必是上尖下大的“金字塔形”錐體,有時會出現高營養級的生物數量多於低營養級的生物數量。由於生物個體的大小可以有不同,生物個體的代謝效率可以有差別,所以一個營養級的生物數量多並不意味著其固定的能量一定比另一個生物數量較少的營養級固定的能量多。例如,一棵大樹上有百十來只昆蟲在吃樹葉,這棵大樹的能量足以維持這百十來只昆蟲的生活。顯然,在這個生態系統中,生產者大樹是初級營養級,消費者昆蟲是二級營養級,前者的生物數量遠遠小於後者的生物數量,是一個典型的上大下小的倒金字塔形的生態數量錐體。可見,生態數量錐體有時是可能倒置的,但這並不意味著高營養級固定的能量大於低營養級固定的能量。我們在教學時應充分說明這一點。生物數量錐體是以每個營養級的生物個體數量為依據繪製的金字塔。這種型別的金字塔也往往出現倒置現象。每一臺階的含義:表示每一營養級生物個體的數目。生物數量錐體的一般形狀。因為在捕食鏈中,隨著營養級的升高,能量越來越少,而動物的體形一般越來越大,因而生物個體數目越來越少。例項:人們對一片草地上的所有生物成員作了統計: 生產者(野草) 5842424株; 初級消費者(食草動物、昆蟲) 708 624只; 次級消費者(肉食動物、吃昆蟲的鳥類) 354 904 只; 三級消費者(肉食動物、吃小鳥的鷹類) 156 362只。數量錐體的特殊形狀:如一棵樹與樹上昆蟲及鳥的數量關係。生物量錐體每一臺階的含義:表示每一營養級現存生物的質量,即有機物的總質量。生物量錐體的一般形狀:能量是以物質形式存在的,因而每一營養級的生物量(現存生物有機物的總質量)在一定程度上代表著能量值的高低,從這個意義上講,生物量金字塔的形狀一般同能量金字塔形狀相似。例項:人們對一片海域中生態系統作了統計: 生產者(大葉藻) 4 800萬噸; 初級消費者(吃大葉藻的小魚蝦等類) 1200萬噸; 次級消費者(吃小魚蝦的大魚等類) 17萬噸; 三級消費者(吃大魚的魚等類) 3萬噸。生物數量錐體的特殊形狀:如海洋生態系統中,生產者浮游植物個體小,壽命短,又會不斷被浮游動物吃掉,因而某一時間調查到的浮游植物的生物量可能要低於其捕食者浮游動物的生物量,但這並不是說流過生產者這一環節的能量比流過浮游動物的要少。是指將單位時間內各個營養級所得到的能量數值由低到高繪製成的圖形呈金字塔形,稱為能量金字塔。營養級別越低,佔有的能量就越多;反之,營養級別越高,佔有的能量就越少。所以能量金字塔塔基體積最大,越往上越小。能量金字塔是絕不會倒置的。從能量金字塔可以看出:在生態系統中,營養級越多,在能量流動過程中消耗的能量就越多。生物量金字塔:是以每個營養級的生物量繪製的金字塔。這種型別的金字塔在陸地生態系統中一般是不會倒置的。生物能量錐體的形狀永遠是正金字塔形。生物能量錐體每一臺階的含義:代表食物鏈中每一營養級生物所含能量多少。生物能量金字塔形狀的象徵含義:表明能量流 動沿食物鏈流動過程具有逐級遞減的特性。一般來說,能量金字塔最能保持金字塔形,而生物量金字塔有時有倒置的情況。例如,海洋生態系統中,生產者(浮游植物)的個體很小,生活史很短,根據某一時刻調查的生物量,常低於浮游動物的生物量。這樣,生物量金字塔就倒置過來。當然,這並不是說流過的能量在生產者的環節要比消費者的環節低,而是由於浮游植物個體小,代謝快,生命短,某一時刻的現存量反而比浮游動物少,但一年中的總能流量還是較浮游動物多。數量金字塔倒置的情況就更多一些,如果消費者個體小而生產者個大,如昆蟲與樹木,昆蟲的個體數量就多於樹木。同樣,對於寄生者來說,寄生者的數量也往往多於宿主,這樣,就會使數量金字塔的這些環節倒置過來。