الأهرامات البيئية: الفرق بين العدد والكتلة والطاقة

الأهرامات البيئية رسوم تقارن المستويات الغذائية بحسب عدد الكائنات أو كتلتها الحيوية أو تدفق الطاقة. [1] لذلك قد يعطي المجتمع نفسه أشكالًا مختلفة عند تغيير ما نقيسه. لفهم الرسم، ابدأ بوحدته وفترته، ثم اقرأ عرض كل مستوى؛ الأمثلة الحسابية التالية مؤلفة للتوضيح وليست نتائج مسح ميداني.

الخلاصة السريعة

هرم الأعداد يصف كمّ الأفراد، وهرم الكتلة يصف مخزون الأنسجة الحية، وهرم الطاقة يصف انتقال الطاقة خلال فترة؛ اختلاف الشكل لا يعني تناقض البيانات.

حدّد المستوى بحسب علاقة التغذية، ثم حدد المقياس. المنتج والمستهلك الأولي والثانوي أدوار في الغذاء، وليست ترتيبًا للأحجام. [2]
في مثال العدد، منتجان و600 مستهلك أولي و30 مستهلكًا ثانويًا تعطي مستوى أوسط أعرض؛ العدد وحده لا يخبرك بالكتلة.
في مثال الكتلة، 20 فردًا متوسط كتلتهم 3 غرامات يساوون 60 غرامًا، بينما 150 فردًا بمتوسط 0.2 غرام يساوون 30 غرامًا؛ يلزم توحيد أساس القياس.
قد تنقلب الكتلة في بعض البيئات المائية بسبب سرعة تجدد العوالق واستهلاكها؛ المخزون اللحظي يختلف عن الإنتاج خلال مدة. [3] افحص بيانات العينات، لا صورة الماء وحدها. [4]
يتبدد جزء من الطاقة حرارة أثناء انتقالها، فلا تعني خسارتها من المسار أنها فنيت، ولا أن كل طاقة لم تنتقل إلى مستهلك معين أصبحت حرارة فورًا. [5]
في مثالنا تنتقل 15% ثم 10% من إنتاج المستويات المتتابعة؛ فتصل 1.5% من قيمة البداية إلى المستوى الثالث. لا تجمع النسبتين، ولا تفرض 10% على بيانات مختلفة.
راجع الوحدة والمساحة والزمن وحدود النموذج. الشبكة قد تضم كائنًا يتغذى من أكثر من مستوى، فلا تختزل كل علاقاته في خانة واحدة بلا بيان. [2]

ابدأ بالسؤال الذي يجيب عنه كل هرم

تصف المستويات الغذائية موقع الكائن في علاقات التغذية: المنتجات تصنع مادتها العضوية، والمستهلك الأولي يتغذى عليها، والمستهلك الثانوي يأكل مستهلكًا أوليًا. وقد تشمل القاعدة كائنات تستخدم الضوء أو مصادر كيميائية للطاقة. هذا التصنيف يتعلق بمصدر الغذاء، فلا يصبح الحيوان مستهلكًا أعلى لمجرد أنه أطول جسمًا أو أكبر وزنًا من غيره. [2]

يعرض نشاط معهد هوارد هيوز الطبي ثلاثة مقاييس للأهرامات: العدد، والكتلة الحيوية، وتدفق الطاقة. فالكتلة الحيوية تجمع كتل الكائنات ضمن المستوى، بينما العدد يحصي الأفراد. ويمكن تمثيل المستويات بأشرطة أفقية يتناسب عرضها مع القيم؛ لا يلزم أن تكون الحدود الخارجية مثلثًا منتظمًا حتى يكون التمثيل مفهومًا. [1]

المقياس	السؤال	مثال للوحدة
العدد	كم فردًا؟	فرد في المساحة المحددة
الكتلة	كم تبلغ الكتلة الموجودة؟	غرام لكل متر مربع
الطاقة	كم ينتج خلال مدة؟	كيلوجول لكل متر مربع في السنة

تخيل أنك تلقيت ثلاثة ملفات عن قطعة أرض واحدة: في الأول أعداد، وفي الثاني غرامات، وفي الثالث كيلوجولات لكل متر مربع في السنة. السؤال «أي مستوى أكبر؟» ناقص قبل تحديد الملف. قد تعني أكثر أفرادًا أو أكبر كتلة أو أعلى إنتاج طاقي. اكتب اسم الكمية في جوابك، مثل «المستوى الأول أكبر كتلة في هذه البيانات»، حتى يبقى الاستنتاج مرتبطًا بما حسبته.

وفي رسمك التعليمي، ضع المنتجين أسفل المستهلكين واحتفظ بالمقياس نفسه لجميع الأشرطة داخل الرسم الواحد. إذا كان كل سنتيمتر يمثل عشر وحدات، فلا تجعله يمثل مئة في شريط آخر دون إشارة. تستطيع بدل الرسم كتابة جدول واضح بالقيم؛ الغرض أن تقارن مقدارًا بمقدار من النوع نفسه، لا أن تنتج شكلًا هرميًا جميلًا بأي أرقام.

هرم الأعداد: كثرة الأفراد لا تساوي كبرهم

لنضع نموذجًا افتراضيًا محدودًا: منتجان كبيران، و600 مستهلك أولي يتغذون عليهما، و30 مستهلكًا ثانويًا يتغذون على الأوليين. نعامل هذه المجموعات هنا بوصفها مستويات منفصلة، ولا نضيف علاقات غذائية أخرى. إذا مثل عرض الشريط عدد الأفراد، سيكون شريط المنتجات ضيقًا، وفوقه شريط عريض، ثم شريط أضيق. هذه نتيجة الأعداد التي اخترناها، وليست خطأ في ترتيب المستويات.

نسبة عدد المستهلكين الأوليين إلى المنتجات في هذا التمرين هي 300 إلى واحد، لأن 600 مقسومة على اثنين تساوي 300. لكنها لا تقول إن كل منتج يغذي 300 فرد بالضبط؛ ربما اختلف توزيعهم بين المنتجين. الحساب أعطى نسبة إجمالية بين مجموعتين، ولم يقدم سجلًا يبين من أكل من أو مقدار ما أكله كل فرد.

ولا نضرب عدد المنتجات في كتلة افتراضية ثم نكتب الناتج في شريط العدد نفسه. إذا أردت مقارنة الكتل فأنشئ رسمًا آخر واذكر افتراضاتك فيه. مثلًا، لا نستطيع من العددين اثنين و600 وحدهما معرفة أي المجموعتين أثقل؛ يلزم قياس أو تقدير إضافي لكتلة الأفراد. الفرق بين عدد السيارات وكتلتها في موقف ما يساعد على تصور المشكلة الحسابية، من غير أن يكون الموقف نموذجًا لنظام بيئي.

كذلك يختلف عدد الأفراد عن عدد الأنواع. إذا توزع المستهلكون الأوليون في مثالنا على أربعة أنواع، فلن يصبح عدد أفرادهم أربعة. يمكنك إنشاء جدول للأنواع وآخر للأفراد، لكن تغيير عنوان العمود لا يغير معنى بياناته. عند قراءة السؤال الدراسي، تحقق هل المطلوب أفراد المجموعة أم تنوع الأنواع داخلها؛ فلكل منهما معلومة مختلفة.

هرم الكتلة: اجمع الكتل على أساس واحد

إليك تمرينًا مستقلًا في كتلة مجموعتين من المستهلكين. المجموعة س تضم 20 فردًا، ومتوسط كتلة الفرد فيها 3 غرامات؛ إذن مجموع كتلتها 60 غرامًا. المجموعة ص تضم 150 فردًا، ومتوسط الفرد 0.2 غرام؛ فيكون مجموعها 30 غرامًا. ص أكثر عددًا، لكن س أكبر كتلة في هذه الفرضيات. لا يتعارض الجوابان لأن أحدهما عن العدد والآخر عن الكتلة.

نفترض أن المتوسطات مناسبة للأفراد المعدودين، وأن الكتل مقيسة بالطريقة نفسها. إذا كانت بيانات س كتلة جافة وبيانات ص كتلة رطبة، فلا تستعمل المقارنة السابقة كما لو أن الأساس واحد. ولا تحتاج في تمريننا إلى اصطياد كائنات أو تجفيفها؛ الأرقام معطاة، والمطلوب فهم الحساب وحدوده. أما العمل الميداني فيحتاج طريقة أخذ عينات وقياس تناسب السؤال والكائنات.

إذا احتوت المساحة المحددة على مجموعتين في المستوى الغذائي نفسه، يمكن في مثالنا جمع 60 و30 لنحصل على 90 غرامًا لذلك المستوى، بشرط أنهما مجموعتان منفصلتان ولم نعد الأفراد مرتين. وإذا أخذت س من متر مربع وص من عشرة أمتار مربعة، فتوقف قبل الجمع بغرض مقارنة الكثافات؛ المساحة التي يرجع إليها كل رقم أصبحت مختلفة.

للتوضيح، 90 غرامًا في ثلاثة أمتار مربعة تعطي متوسطًا مساحيًا قدره 30 غرامًا لكل متر مربع. أما 90 غرامًا لكل متر مربع فهي قيمة أكبر بثلاثة أضعاف من هذا المتوسط. لا تحذف عبارة «لكل متر مربع» عند نقل الرقم إلى رسم، ولا تحول الكتلة إلى طاقة بضربها في معامل لم يذكره السؤال؛ فهما كميتان مختلفتان.

لماذا قد يكون هرم الكتلة الحيوية مقلوبًا؟

قد تقل كتلة العوالق النباتية لحظيًا عن كتلة المستهلكين؛ يفسر أوبن ستاكس ذلك بسرعة تجددها واستهلاكها. فالمخزون القائم الصغير لا يعني إنتاجًا قليلًا خلال المدة، ولا يقيس وحده قدرة المنتجات على دعم المستويات التالية. [3]

وتوضح ناسا أن نمو العوالق يرتبط بالضوء والمغذيات وعوامل مائية أخرى، وأن دراستها تستعين بالعينات والملاحظة المجهرية، وبقياسات الأقمار الصناعية التي تستدل على تراكيز الأصباغ. لذلك لا نستنتج مقدار الكتلة أو سرعة إنتاجها بمجرد النظر إلى صورة ماء أخضر أو صافٍ؛ اختلاف المظهر يحتاج تفسيرًا وقياسًا مناسبين. [4]

لنفصل المخزون عن الإنتاج بمثال حسابي مجرد: تبدأ مجموعة بكتلة 5 وحدات، وتضيف خلال مدة 18 وحدة من النمو، وتفقد 17 وحدة بفعل الاستهلاك وغيره. يصبح المخزون النهائي ست وحدات، لأننا أضفنا 18 إلى خمسة ثم طرحنا 17. لم يكن الإنتاج الجديد وحدة واحدة؛ الوحدة هي صافي تغير المخزون بين البداية والنهاية، أما الإضافة المفترضة فكانت 18.

ولو اكتفينا بقياس خمسة ثم ستة لعرفنا مقدار التغير، لكننا لم نعرف الإضافات والخسائر منفصلتين. فقد تنتج النتيجة نفسها من إضافة أربع وحدات وفقد ثلاث. لهذا لا تكفي صورتان للمخزون لاستعادة كل ما جرى بينهما. المثال لا يحدد معدل تكاثر نوع بعينه؛ إنه يبين حسابيًا لماذا يختلف سؤال «كم يوجد الآن؟» عن سؤال «كم أُنتج خلال المدة؟».

هرم الطاقة: اقرأ التدفق مع الزمن

توضح خدمة المتنزهات الوطنية أن الطاقة تنتقل عبر الغذاء ويتحول جزء منها إلى حرارة، بينما يمكن للمادة والمغذيات أن تعود إلى الاستخدام عبر عمليات مثل التحلل. وتستفيد كائنات من البقايا والفضلات أيضًا. لذلك فإن الطاقة التي لم تظهر في مستهلك معين لا يلزم أن تكون كلها قد صارت حرارة في تلك الخطوة؛ بعض المسارات يمر عبر البقايا أو كائنات أخرى. [5]

يكون هرم الطاقة قائمًا عند تتبع إنتاج المستويات التي يدعم السابق منها التالي، على أساس مساحي وزمني مشترك. لا يقلبه انقلاب مخزون الكتلة، ولا يصح خلط المخزون اللحظي بالإنتاج السنوي. [3]

افترض أن بطاقة تعليمية تقول 2400 كيلوجول لكل متر مربع في السنة، وأخرى تقول 2400 كيلوجول لكل متر مربع في الشهر. الرقمان متساويان كتابةً لكن المعدلين مختلفان. إذا افترضنا ثبات المعدل الشهري طوال السنة، تصبح القيمة الثانية 28800 كيلوجول لكل متر مربع سنويًا. هذا تحويل وفق افتراض الثبات، وليس توقعًا بأن الإنتاج الطبيعي متساوٍ في جميع الشهور.

وعند استعمال كلمة «فقد» في الشرح، حدد أنها فقد من الطاقة المتاحة للمسار الذي تدرسه، لا اختفاء للطاقة من الوجود. وفي جدول تعليمي لا تظهر فيه المحللات، لا تستنتج أنها غائبة عن الطبيعة. قد يكون الجدول اختار ثلاثة مستويات فقط، ويبقى تفسير الخانات مرتبطًا بحدوده وما قرر تضمينه. [5]

احسب النسب المتتابعة دون فرض قاعدة ثابتة

كفاءة الانتقال هي إنتاج المستوى الأعلى مقسومًا على إنتاج السابق، مضروبًا في مئة. يعرض أوبن ستاكس كفاءة ميدانية مختلفة عن عشرة بالمئة؛ فلا تعامل الرقم الشائع كثابت لكل حالة. [3]

في تمريننا، إنتاج المنتجات 12000، وإنتاج المستهلكين الأوليين 1800، وإنتاج الثانويين 180 كيلوجول لكل متر مربع في السنة. النسبة الأولى تساوي 15%، لأن 1800 مقسومة على 12000 تساوي 0.15. والنسبة الثانية تساوي 10%، لأن 180 مقسومة على 1800 تساوي 0.10. استعملنا في كل مرة المستوى السابق مباشرة مقامًا، ولم نخلط المقامين.

إذا سألت عن إنتاج الثانويين نسبة إلى البداية، فاقسم 180 على 12000 لتحصل على 0.015، أي 1.5%. وتحصل على النتيجة نفسها بضرب 0.15 في 0.10. أما جمع 15% و10% فيعطي 25%، لكنه لا يمثل النسبة المطلوبة؛ النسبتان المتتابعتان محسوبتان إلى أساسين مختلفين، وليستا حصتين مستقلتين من العدد نفسه.

ولو فرض سؤال آخر انتقال عشرة بالمئة في كل خطوة، فإن البداية 12000 تعطي 1200 ثم 120. هذا حل صحيح لذلك الفرض الآخر، لكنه لا يصف بياناتنا التي أعطت 1800 ثم 180. لا تستبدل المعطيات المحسوبة بقاعدة تحفظها؛ اكتب الافتراض أولًا، ثم اختبر هل الأرقام توافقه. الفرق بين التمرينين يظهر في الناتج حتى مع تطابق قيمة البداية.

راجع ما يسمح الرسم باستنتاجه

الشبكات الغذائية قد تضم كائنات تتغذى من أكثر من مستوى، مثل القوارت التي تتناول غذاءً نباتيًا وحيوانيًا. لذلك فإن وضع كل نوع في شريط واحد يحتاج بيانًا لطريقة التبسيط، ولا تكفي صورة الهرم لحصر جميع العلاقات. الأهرامات تلخص مقدارًا مختارًا، أما تتبع من يأكل من فقد يحتاج شبكة أكثر تفصيلًا. [2]

قبل تفسير أي شكل، اقرأ عنوانه ووحدته وحدود مكانه وزمنه. في أمثلتنا، لا توجد علاقة تلزم أن يكون المستوى ذو الأفراد الأكثر هو الأكبر كتلة، ولا أن تساوي نسبة إنتاج مستويين نسبة أعدادهما. إذا أُعطيتك أشرطة بلا أرقام أو مفتاح للمقياس، يمكنك وصف ما يبدو أعرض، لكنك لا تستخرج منه نسبة دقيقة لمجرد قياس الصورة على شاشة مختلفة الحجم.

اختبر فهمك بسؤالين: مجموعة كتلتها 40 غرامًا في مترين مربعين، وأخرى 30 غرامًا في متر مربع؛ أيهما أعلى كتلة لكل مساحة؟ الثانية، لأن الأولى تعادل 20 غرامًا لكل متر مربع. والسؤال الثاني: إذا تغير المخزون من أربع وحدات إلى أربع، هل كان الإنتاج صفرًا؟ لا؛ قد تكون الإضافات مساوية للخسائر. تساوي البداية والنهاية وحده لا يخبرنا بمقدار كل منهما.

عندما تكتب الإجابة، اذكر الكمية ثم النتيجة ثم القيد الضروري: «المجموعة الثانية أعلى كتلة لكل متر مربع، وفق المساحتين والقيم المعطاتين». هذا أدق من قول «الثانية أفضل بيئيًا»، لأن التمرين لم يقس جودة الموطن أو تنوعه أو صحته. بهذه الطريقة تستخدم الهرم للإجابة عن سؤاله الكمي، وتترك ما يحتاج إلى بيانات أخرى مفتوحًا بدل ملئه باستنتاج لا يحمله الرسم.

المصادر ومتابعة القراءة

أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.