Кожна екосистема має певну продуктивністю.
Продуктивність екологічної системи - це швидкість, з яким продуценти засвоюють променисту енергію сонця в процесі фотосинтезу, утворюючи органічну речовину.
Розрізняють різні рівні продукування, на яких створюється первинна і вторинна продукція. Органічна маса, створювана продуцентами в одиницю часу, називається первинною продукцією, а приріст за одиницю часу маси консументів - вторинною продукцією.
Всі живі компоненти екосистеми - продуценти, консументи, редуценти складають загальну біомасу (жива вага). Біомасу зазвичай висловлюють через сухий або жива вага, але можна висловлювати і в енергетичних одиницях - калоріях, джоулях.
Трофічні структури можна виразити графічно у вигляді екологічних пірамід. Підставою піраміди служить рівень продуцентів, а наступні рівні харчування утворюють поверхи і вершину піраміди.
Відомі три основних типи екологічних пірамід:
1) піраміди біомаси, що характеризують масу живої речовини на кожному рівні;
2) піраміди енергії, що показують, зміна енергії на наступних трофічних рівнях;
3) піраміди чисел, що відображають чисельність організмів на кожному рівні.
У наземних екосистемах сумарна маса рослин перевищує масу всіх рослиноїдних, а їх маса перевищує всю біомасу хижаків. Для екосистеми океану піраміда біомаси має перевернутий вигляд, т. Е характерна тенденція накопичення біомаси на більш високих рівнях.
Піраміду чисел рекомендують приводити в табличній формі. Більш досконалою є піраміда енергії, вона відображає витрачання енергії в трофічних ланцюгах.
Знання енергетики екосистеми і кількісних її показників дозволяють точно врахувати можливість вилучення з природної екосистеми тієї чи іншої кількості рослинної і тваринної біомаси без підриву її ефективності.
Піраміди біомаси, чисельності та енергії.
Чим вище трофічний рівень, тим менше швидкість потоку енергії через нього. Пояснюється це декількома причинами. Оскільки ефективність переносу енергії ніколи не буває рівною 100%, не вся енергія, що міститься в будь-якому даному харчовому об'єкті, доступна хижакові. Частина її втрачається під час перетворення тканин жертви в тканини хижака, а частина взагалі не асимілюється і проходить через кишковий тракт хижака в незмінному вигляді, а потім розкладається редуцентамі. Ефективність перенесення речовини і енергії від жертви до хижака нерідко буває ослаблена виробленої жертвою тактикою уникнення хижака, наприклад хімічним захистом рослин. Крім цього, кожна организменного одиниця (і трофічний рівень) витрачає частину енергії, що надходить на власні потреби, ще більш зменшуючи кількість енергії, доступної для більш високих трофічних рівнів. Нарешті, при рівновазі вся енергія, засвоєна первинними продуцентами, повинна бути витрачена і розсіяна в просторі у вигляді тепла, тобто кількість енергії, що надійшла в систему, має бути врівноважено кількістю, який залишив систему.
Падіння швидкості потоку енергії при переході з одного трофічного рівня на інший визначає багато властивостей спільноти, в тому числі загальна кількість цих рівнів і співвідношення хижаків і жертв. Після приведення даних до загальних одиницям площі і часу екологи підрахували, що на будь-який даний трофічний рівень надходить приблизно 10-20% енергії попереднього рівня. Отже, з 1000 кал, одержуваних первинними продуцентами, вторинним хижакам, відокремленим трьома трофічними рівнями, дістанеться лише невелика частина. Наслідком такого швидкого зменшення кількості енергії є той факт, що чисельність тварин високих трофічних рівнів зазвичай набагато менше, ніж тварин низьких рівнів. Крім того, зменшення кількості енергії ставить верхню межу можливого числа трофічних рівнів, яке зазвичай одно 5-6.
Зручним способом вираження енергетичної структури спільноти є піраміда енергії, яка будується на основі даних за швидкостями потоку енергії між різними трофічними рівнями. Із законів термодинаміки і згаданих вище міркувань випливає, що піраміда енергії ніколи не може бути перевернутою, тобто зі збільшенням номера трофічного рівня потік енергії через рівень завжди повинен зменшуватися.
Піраміда численностей і піраміда біомаси дають нам ще два типи екологічних «пірамід». Вони будуються на основі миттєвих вимірювань, а не швидкостей і не містять розмірності часу (одиниці піраміди енергії - це кал / м в рік, одиниці піраміди численностей - це число особин / м а одиниці піраміди біомаси - це г / м). Піраміда чисельності відображає щільність особин на кожному трофічному рівні, піраміда біомаси - біомасу (зазвичай виміряну в грамах сухого ваги) на 1 м або на 1 м. Піраміди чисельності та біомаси характеризують тільки урожай на корені на даному трофічному рівні (кількість в певний момент), але не швидкість обороту. Через відсутність розмірності часу ці піраміди можуть бути перевернутими, тобто низькі трофічні рівні можуть мати меншу щільність і (або) біомасу, ніж високі. Наприклад, на одному дереві може жити безліч комах (перевернута піраміда чисельності); точно так же висока швидкість обороту дає можливість жертвам, які мають низьку біомасу, забезпечувати їжею хижаків, що мають високу біомасу, але низьку швидкість обороту. Подібна перевернута піраміда біомаси властива багатьом водним екосистемам, в яких первинні продуценти (фітопланктону водорості) невеликі за розмірами і швидко діляться, а споживають їх зоопланктеров більший і живуть довше.