Общая Биология

Рассмотренные пищевые цепи начинаются с живых организмов (продуцентов), их называют пастбищными. В особую группу выделяют детритные (<лат. detritus истертый) пищевые цепи, они начинаются не с живых организмов, а с их остатков. Например, опад листьев служит пищей дождевым червям, их экскрементами питаются бактерии и грибы и т. д.

Даже небольшие с виду нарушения в пищевых цепях могут приводить к тяжелым последствиям. Жители одного из островов Индонезии решили избавиться от москитов и протравили помещения ДДТ (яд). Умершими москитами отравились ящерицы. Ядовитыми ящерицами отравились кошки. Расплодившиеся крысы вызвали вспышку чумы. Большая партия привезенных кошек справилась с крысами, но к тому времени стали рушиться дома: после исчезновения ящериц размножились термиты и подточили балки строений.

Экологическая пирамида. Первичным источником энергии в экосистемах служит солнечный свет. При этом атомы и молекулы могут использоваться многократно, а энергия света должна постоянно поступать от Солнца.

Растения усваивают около 1 % солнечной энергии, на увеличение биомассы они тратят не более 10 % усвоенной энергии, остальные 90 % идут на поддержание жизнедеятельности (в основном на дыхание — биологическое окисление). Растительноядные животные на рост и размножение тратят примерно столько же — 10 % потребляемой энергии. Поедающие их хищники расходуют на увеличение биомассы также около 10 % полученной энергии. На каждый следующий уровень переходит около 10 % биомассы и энергии, поэтому зеленые растения способны обеспечить пищевую цепь не более 3—5 уровней, например: растения ^ кузнечики ^ лягушки ^ змеи ^ совы; водоросли ^ рачки ^ салака ^ треска ^ тюлень. Вместе с веществом через экосистему проходит поток энергии, заключенной в его химических связях.

Относительное количество передаваемых на каждый следующий трофический (<греч. trophe пища) уровень веществ и энергии изображают в виде экологической пищевой пирамиды. Согласно правилу пирамиды, 1 т растений кормит 100 кг травоядных животных, 10 кг вторичных кон-сументов и только 1 кг третичных. Для построения 1 кг тела человека требуется 10 кг трески, потребившей 100 кг мелких рыб, съевших 1 т зоопланктона (рачков, инфузорий и пр.), усвоившего 10 т фитопланктона (мелкие водоросли, бактерии). В таких количествах планктон потребляют только усатые киты.

Экологическая пищевая пирамида

Зависимость вылова осетров от выпуска молоди имеет оптимум, отвечающий правилу пищевой пирамиды (по Ю. П. Алтухову и А. Н. Евсюкову)

На 1 гектар лугов приходится до 10 млн растений (продуценты), около 1 млн растительноядных насекомых (первичные консументы), 300 тыс. хищных насекомых (вторичные консументы) и несколько птиц.

Правило экологической пирамиды успешно применяется в рыбном хозяйстве. Поскольку до высоких трофических уровней доходит всего 0,1—0,01 % энергии биомассы продуцентов, то в искусственных водоемах обычно выращивают рыб, наиболее близких в пищевой цепи к продуцентам. Так, карпов выгоднее выращивать, чем щук, являющихся консу-ментами более высокого порядка: водоросли ^ зоопланктон ^ карп ^ окунь ^ щука. Нарушение правила экологической пирамиды в промысловой деятельности чревато серьезными последствиями. В Северной Атлантике, Баренцевом и Белом морях прибрежные популяции трески были оставлены без пищи и резко сократились из-за хищнической добычи мойвы, салаки и кильки.

Грубейшим нарушением правила пирамиды вызвано интенсивное сокращение численности некогда богатейшего волжского стада русского осетра. Чрезмерное количество выпускаемой рыбоводными заводами молоди (в 4—5 раз более оптимума) вызвало недостаток белкового питания и деградацию мышечной ткани осетров. Вопреки доводам ученых Института общей генетики РАН рыбоводные хозяйства еще более увеличивали количество выпускаемой молоди, руководствуясь, казалось бы, здравым соображением: чем больше мальков, тем больше рыбы.

Промышленные и бытовые сточные воды в Ладожском озере и Финском заливе, не опасные для выживания рыбы, привели к гибели значительной части первичных консументов — водных беспозвоночных (ракообразных и микроскопических кольчатых червей). Это существенно увеличило численность продуцентов (одноклеточных водорослей), вызвавших цветение воды. Размножению водорослей способствовали и минеральные соединения сточных вод, обеспечившие водоросли питанием в избытке. Чрезмерное количество отмирающих продуцентов вызвало накопление илистых отложений, уменьшение содержания кислорода, сокращение количества рыбы и, в конечном счете, деградацию экосистемы.

Льды Тундра умеренных широт Степи субтропические Пустыни тропические

Географическое распространение растительной биомассы

Продукция экосистем. Важные параметры любой экосистемы — биомасса и ее прирост, т.е. урожай. Самой большой биомассой обладают тропические дождевые леса, самой маленькой — тундры и пустыни. Растительная биомасса тропических лесов составляет 500 т/га, широколиственных лесов умеренной зоны — 300 т/га, пустынь — не более 10 т/га.

Площадь листьев растений на 1 га широколиственного леса умеренной зоны, составляет около 6 га, ежегодный прирост зеленой массы — 6 т/га, корней — 4 т/га. Таким образом, общая продукция биомассы лесным массивом — 10 т/га.

Среди животных наибольшей биомассой обладают почвенные беспозвоночные — дождевые черви (1—4 т/га), биомасса лесных позвоночных в сотни раз меньше, чем червей (менее 10 кг/га).

Биомасса водорослей океана, основу которой составляет фитопланктон, в 10 000 раз меньше биомассы растений суши, а ее продукция меньше только в 3 раза. Биомасса фитопланктона в мировом океане составляет всего 1,5 млрд т, а ежегодная продукция — 550 млрд т. Биомасса океанических водорослей воспроизводится заново ежедневно (они быстро растут и быстро поедаются), а широколиственного леса — каждые 30 лет. Существенно более продолжительный цикл воспроизводства лесной биомассы отчасти обусловлен значительной массой древесных стволов, которые растут медленно в сравнении с листвой.

Пирамида биомасс большинства земных экосистем сходна с пищевой пирамидой. А пирамида биомасс океана перевернута вниз вершиной, поскольку биомасса основного продуцента океана, фитопланктона, мала, но, быстро размножаясь, фитопланктон питает превосходящие по биомассе организмы океана.

На океаническом шельфе больше света и биогенных соединений, соответственно, значительно более активное развитие фитопланктона — основного продуцента океана. Поэтому все крупное рыболовство сосредоточено на шельфе или вблизи него.

Таким образом, каждая экосистема занимает определенную территорию, обладает конкретным видовым составом, характеризуется трофической структурой (системой пищевых отношений) и биопродуктивностью.

1' Какие пищевые группы вам известны? Опишите взаимодействие этих групп на примере простейших экосистем.

2. Всякую ли экосистему можно назвать биогеоценозом?

3. По какой причине необходимо сохранять максимально возможное видовое многообразие экосистем?

4. Что называют экологической пищевой пирамидой? Приведите примеры успешного применения правила пирамиды и негативных результатов при его нарушении.

5. Сравните биомассу и урожай лесов и океанического шельфа.

§ 67. Водоем и лес как примеры экосистем

Большинство экосистем различаются видовым составом и свойствами среды обитания. Рассмотрим для примера биоценозы пресного водоема и листопадного леса.

Экосистема пресного водоема. Наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности организмов создаются в прибрежной зоне. Вода здесь до самого дна прогревается солнечными лучами и насыщена кислородом. Вблизи берега развиваются многочисленные высшие растения (камыш, рогоз, водяной хвощ) и водоросли. В жаркое время у поверхности образуется тина, это тоже водоросли. На поверхности видны листья и цветы белой кувшинки и желтой кубышки, мелкие пластинки ряски полностью затягивают поверхность некоторых прудов. В тихих заводях скользят по поверхности воды хищные клопы-водомерки и вращаются кругами жуки-вертячки.

В толще воды обитают рыбы и многочисленные насекомые: крупный хищный клоп гладыш, водяной скорпион. Водная растительность образует на дне обширные темно-зеленые скопления. Донный ил населяют плоские черви планарии, весьма распространен кольчатый червь трубочник и пиявки.

Несмотря на внешнюю простоту пресноводного водоема, его трофическая структура достаточно сложна. Личинки насекомых, амфибий, брюхоногие моллюски, рыбы питаются высшими растениями. Многочисленные простейшие (жгутиковые, инфузории, голые и раковинные амебы), низшие ракообразные (дафнии, циклопы), фильтрующие двустворчатые моллюски, личинки насекомых (поденок, стрекоз, ручейников) поедают одноклеточные и многоклеточные водоросли.