Закономерности трофического оборота в биоценозе

Живые организмы для своего существования должны постоянно пополнять и расходовать энергию. В пищевой (тро­фической) цепи, сети и экологических пирамидах каждый по­следующий уровень, условно говоря, поедает предыдущее зве­но, используя его для построения своего тела. Главный источник энергии для всего живого на Земле — Солнце. Из всего спектра солнечного излучения, достигающе­го земной поверхности, только около 40%. составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР), имеющая длину волны380—710 нм. Растения в процессе фотосинтеза усваивают (химически связывают) лишь небольшую часть ФАР. Ниже при­ведены доли усваиваемой ФАР (в %) для различных экосис­тем.

Океан	до 1,2
Тропические леса	до 3,4
Плантации сахарного тростника и кукурузы (в оптимальных условиях)	3-5
Опытные системы с кондиционированными условиями среды по всем показателям (за короткие периоды времени)	8-10
В среднем растительность всей планеты	0,8-1,0

 

Первичными поставщиками энергии для всех других орга­низмов в цепях питания являются растения. При дальнейших переходах энергии и вещества с одного трофического уровня на другой существуют определенные закономерности.

Правило десяти процентов. Р. Линдеман (1942) сформулировал закон пирамиды энергий, или правило 10% :

с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице» продуцент — консумент — редуцент), в среднем около 10% энергии, поступившей на преды­дущий уровень экологической пирамиды.

На самом деле потеря бывает либо несколько меньшей, либо несколько большей, но порядок чисел сохраняется.

Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемым верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими ее уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее — не более 0,5% (и даже 0,25%) от общего ее потока, поэтому говорить о круговороте энергии в биоценозе не приходится.

Правило биологического усиления.Вместе с полезными веществами с одного трофического уровня на другой поступают и «вредные» вещества. Однако если полезное вещество при его излишке легко выводится из организма, то вредное не только плохо выводится, но и накапливается в пищевой цепи. Таков закон природы, называемый прави­лом накопления токсических веществ (биотического усиле­ния) в пищевой цепи и справедливый для всех биоценозов.

Иначе говоря, если энергия при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоак­тивных, примерно в такой же пропорции увеличивается, что впервые было обнаружено в 50-х годах на одном из заводов комиссией по атомной энергии в штате Вашингтон. Явление биотического накопления нагляднее всего демонстрируют устойчивые радионуклиды и пестициды. В водных биоценозах накопление многих токсичных веществ, в том числе хлорорганических пестицидов, коррелируется с массой жиров (липидов), т. е. явно имеет энергетическую подоснову.

В середине 60-х годов появилось, казалось бы, неожидан­ное сообщение о том, что пестицид дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) обнаружен в печени пингвинов в Антарктиде — месте, чрезвычайно удаленном от районов его возможного при­менения. От отравления ДДТ сильно страдают конечные хищ­ники, особенно птицы, так, на востоке США полностью исчез сапсан. Птицы оказались наиболее уязвимы в связи с вызывае­мыми ДДТ гормональными изменениями, влияющими на об­мен кальция. Это приводит к утончению скорлупы яиц, и они чаще разбиваются.

Биотическое накопление происходит очень стремительно, например, в случае с пестицидом ДДТ, попавшим в воду болот при многолетнем их опылении с целью сокращения числен­ности нежелательных человеку насекомых на Лонг-Айленде.

Специалисты по борьбе с насекомыми «благоразумно» не применяли такие концентрации, которые могли бы быть непо­средственно детальны для рыб и других животных. Тем не менее, со временем было установлено, что в тканях рыбоядных животных концентрация ДДТ почти в 500 тыс. раз выше, чем в воде. В среднем, как и в приведенном примере, концентра­ция вредного вещества в каждом последующем звене экологи­ческой пирамиды примерно в 10 раз выше, чем в предыдущем.

Принцип биотического усиления (накопления) должен быть принят во внимание при любых решениях, связанных с поступлением соответствующих загрязнений в природную среду. Следует учитывать, что скорость изменения концентра­ции может увеличиваться или уменьшаться под действием не­которых факторов. Так, человек получит меньше ДДТ, чем птица, питающаяся рыбой. Это частично объясняется удале­нием пестицидов при обработке и варке рыбы. Кроме того, ры­ба находится в более опасном положении, ибо получает ДДТ не только через пищу, но и непосредственно из воды.

Термин “биогеоценоз” очень близок (хотя и не тождественен) к широко распространенному за рубежом термину “экосистема” (А. Тенсли 1935 г.). Экосистема – это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды, функционирующая как единое целое за счет обмена веществ, энергией и информацией.

Существует мнение, что содержание термина “биогеоценоз” в большей степени отражает структурные характеристики изучаемой системы, тогда как в понятие “экосистема” вкладывается, прежде всего, ее функциональная сущность.

Организмы получают из неорганической среды информацию об особенностях химических элементов и соединений и об их распределении. Неорганическая среда получает информацию от живых организмов о продуктах их метаболизма (обмена веществ). Живые существа также обмениваются между собой информацией: это могут быть сигналы об опасности, наличии пищи, обращение к половому партнеру, агрессия и т.д. Информационные связи в природе ограничены в пространстве и во времени. Информационная ценность предмета или явления зависит от того, кто или что этой информацией пользуется.

В целом биогеоценоз выступает по отношению к экосистеме, как частное к общему.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое пищевая цепь и как много таких цепей в экосистемах?

2. Расскажите о потоке энергии, проходящем через пищевую цепь.

3. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают продуценты и консументы первого, второго и третьего порядков?

4. Как формулируется правило экологической пирамиды? Чем отличаются пирамиды энергии от пирамид чисел и биомасс?

5. От чего зависит видовой состав и насыщенность биоценоза?

6. Дайте определение вида, являющегося эдификатором. Приведите примеры.

7. Кто чью численность контролирует: хищник численность жертвы или наоборот?

8. Как влияют абиотические факторы среды на формирование видовой структуры биоценозов?

9. Сформулируйте правило экологического дублирования и приведите примеры его действия.

10. Объясните, в чем заключается особая важность биоразнообразия для экосистем нашей планеты