Энергетическая пирамида и правило 10%

Из 20 819 ккал, произведённых растениями Силвер-Спрингс за год на каждом квадратном метре, высшим хищникам досталась 21 ккал, около 0.1%.

Большая часть энергии не передаётся дальше

Когда кролик ест траву, он не превращает каждую калорию в собственное тело. Часть травы вообще не переваривается и выходит с помётом. Большая доля переваренного расходуется на поддержание жизни, тепла и движения и в итоге превращается в тепло. Только остаток идёт на новые ткани, и только новые ткани могут стать пищей лисицы. В OpenStax эти потери связывают со вторым законом термодинамики: при каждом превращении энергии часть её становится теплом, которое живые организмы уже не могут использовать снова.

National Geographic Education обобщает это правилом 10 процентов: в среднем лишь около 10% энергии одного трофического уровня передаётся следующему. Начни с 10 000 ккал у растений, и растительноядным достанется около 1000, хищникам 100, а высшим хищникам 10. Каждая ступень в десять раз меньше. Поэтому схему рисуют пирамидой с широким основанием и узкой вершиной.

Измеренные значения: Силвер-Спрингс

В середине двадцатого века Говард Т. Одум измерил поток энергии через Силвер-Спрингс, реку во Флориде с родниковым питанием. В OpenStax приведена годовая продукция каждого уровня: 20 819 ккал на квадратный метр у продуцентов, 3368 у консументов первого порядка, 383 у консументов второго и 21 у консументов третьего порядка. Вычисли переходы и получишь около 16.2%, 11.4% и 5.5%. В реальном мире нет строгих 10%, но общая форма та же: каждый уровень содержит малую долю энергии нижележащего.

В OpenStax также определяют эффективность передачи между трофическими уровнями: продукцию одного уровня делят на продукцию нижележащего и умножают на 100. Для первого перехода в Силвер-Спрингс приведены 1103 из 7618 ккал, то есть около 14.48%. В разных книгах учёт немного различается, поэтому стоит проверять, из каких чисел получено отношение.

Почему пищевые цепи короткие

Поскольку на каждой ступени остаётся так мало энергии, OpenStax отмечает, что после четырёх–шести передач её уже недостаточно для поддержания ещё одного уровня. Нет хищника, живущего только за счёт орлов. У теплокровных животных потери больше. Гусеница, поедающая листья, превращает около 18% поглощённой энергии в собственное тело, а белка, питающаяся желудями, может превратить в собственные ткани лишь 1.6% поглощённой энергии, потому что так много расходуется на тепло тела.

Перевёрнутые пирамиды

Экологи строят три вида пирамид. Пирамида численности учитывает особей; летом в лесу умеренных широт несколько деревьев кормят множество насекомых, поэтому основание узкое. Пирамида биомассы учитывает массу живого вещества; в Ла-Манше фитопланктон весит 4 г на квадратный метр, а поедающий его зоопланктон 21 г, потому что планктон съедают почти с той же скоростью, с какой он растёт. Энергетическая пирамида измеряет поток за время и всегда направлена вершиной вверх, поскольку ни один уровень не может передать больше энергии, чем получил.