Страница 8 из 19
Поедающие их хищники расходуют на увеличение биомассы также около 10% полученной энергии. На каждый следующий уровень переходит около 10% биомассы и энергии, поэтому зеленая биомасса растений способна обеспечить питанием 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 уровень веществ и энергии изображают в виде экологической пищевой пирамиды. Согласно правилу пирамиды, 1 т растений кормит 100 кг травоядных животных, 10 кг вторичных консументов и только 1 кг третичных.
Пищевая пирамида Для построения 1 кг тела человека требуется 10 кг трески, потребившей 100 кг мелких рыб, съевших 1 т зоопланктона (рачков, инфузорий и пр.), усвоившего Ют фитопланктона (мелкие водоросли, бактерии). В таких количествах планктон потребляют только усатые киты. Количество особей на каждом трофическом уровне также составляет пирамиду.
На 1 гектар лугов приходится до 10 млн. растений (продуценты), около 1 млн. растительноядных насекомых (первичные консументы), 300 тыс. хищных насекомых (вторичные консументы) и всего 3 птицы. 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 консументами более высокого порядка: водоросли >> зоопланктон >> мелкая рыбешка >> хищник (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.
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 значительно увеличило численность продуцентов – одноклеточных водорослей, вызвавших «цветение» воды, особенно сильное в нижнем течении Невы и Невской губе Финского залива.
Причиной скопления там сточных вод стали сооружения, защищающие Санкт-Петербург от наводнений. Чрезмерное количество отмирающих продуцентов вызвало накопление илистых отложений, уменьшение содержания кислорода, сокращение количества рыбы и, в конечном счете, деградацию экосистемы. Продукция экосистем. Важные параметры любой экосистемы – биомасса и ее прирост, т.е. урожай.
Самой высокой биомассой обладают тропические дождевые леса, самой низкой – тундры и пустыни. Биомасса тропических лесов составляет 500 т/га, широколиственных лесов умеренной зоны – 300 т/га, пустынь – не более 10 т/га. Среди животных наибольшей биомассой обладают почвенные беспозвоночные – дождевые черви – 300-900 кг/га, биомасса лесных позвоночных в сто раз меньше, чем червей (менее 10 кг/га).
Количество видов растений Географическое распространение биомассы Общая площадь листьев растений в широколиственных лесах умеренной зоны, произрастающих на 1 га почвы, составляет 4-6 га, ежегодный прирост зеленой массы – 5-6 т/га, корней — 3-4 т/га. Общая продукция биомассы лесным массивом составляет, таким образом, 10 т/га. Биомасса водорослей океана (основу ее составляет фитопланктон) в 10 тыс.
раз меньше, чем растений суши, а ее продукция меньше только в 3 раза. При беспрепятственном размножении зеленые водоросли теоретически способны накопиться в количестве, равном массе земной коры, всего за 25 суток (бактерии – за 2 суток, а слоны – за 1300 лет). Биомасса водорослей в океане воспроизводится почти ежедневно, а в широколиственном лесу – каждые 30 лет.
Существенно более продолжительный цикл воспроизводства лесной биомассы обусловлен в основном значительной инертной массой древесных стволов. Пирамида биомасс большинства земных экосистем сходна с пирамидой продукции, а пирамида биомасс океана перевернута вверх основанием за счет высокой продуктивности и малой массы планктона. На океаническом шельфе больше света и питательных веществ, поэтому в прибрежных акваториях биомассы содержится в 5-10 раз больше, чем в открытых морях.
Таким образом, каждая экосистема занимает определенную территорию, обладает конкретным видовым составом, характеризуется трофической структурой и биопродуктивностью. 1. Какие пищевые группы вам известны? Опишите взаимодействие этих групп на примере простейших экосистем. 2. По какой причине необходимо сохранять максимально возможное видовое многообразие экосистем? 3.
Что называют экологической пищевой пирамидой? Приведите примеры успешного применения правила пирамиды и негативных результатов при его нарушении. 4. 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 плавают листья и цветки 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 и др.
Мхи образуют 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 (система пищевых отношений) достаточно сложна. Высшими растениями питаются личинки насекомых, амфибий, скоблящие брюхоногие моллюски, растительноядные рыбы. 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. Рачки, черви, личинки насекомых служат пищей рыбам и амфибиям (лягушкам, тритонам). Хищные рыбы (окунь) охотятся за растительноядными (карась), а крупные хищники (щука) — за более мелкими. Находят себе пищу и млекопитающие (выхухоль, бобры, выдры)
: они поедают рыбу, моллюсков, насекомых и их личинки. Органические остатки оседают на дно, на них развиваются бактерии, потребляемые простейшими и фильтрующими моллюсками. Бактерии, жгутиковые и водные виды грибов разлагают органику на неорганические соединения, вновь используемые растениями и водорослями. Причиной слабого развития жизни в некоторых водоемах является низкий уровень содержания минеральных веществ (соединений фосфора, азота и пр.) или неблагоприятная кислотность воды.
Внесение минеральных удобрений и нормализация кислотности известкованием способствует развитию пресноводного планктона – комплекса мелких взвешенных в воде организмов (микроскопических водорослей, бактерий и их потребителей: инфузорий, рачков и пр.) – Планктон, являясь основанием пищевой пирамиды, питает различных животных, потребляемых рыбами.
В результате восстановительных мер продуктивность рыбных хозяйств значительно возрастает. На развертывании в пространстве пищевых цепей водоема разработана технология переработки отходов животноводства. Навоз смывается в отстойники, где служит питанием многочисленным одноклеточным водорослям, вода «цветет». Водоросли вместе с водой небольшими дозами перемещают в другой водоем, где их поедают дафнии и другие - рачки-фильтраторы.