7. Законы биологической продукции

7.1 Правило десяти процентов

7.2 Правило пирамиды биологической продукции

7.3 Правило пирамиды биомасс

7.4 Правило пирамиды чисел

Знание законов биологической продукти кувности и потерь энергии в цепях питания имеет большое практическое значение. На их основе можно сознательно и грамотно строить хозяйственную деятельность таким образом, чтобы не подрывать воспроизводительные способности природных и антропогенных систем и получать возможно большую первичную и вторичную продукцию.

7.1 Правило десяти процентов. В конкретных цепях питания можно проследить и рассчитать передачу той энергии, которая заключается в растительной пище. Растения связывают в ходе фотосинтеза в среднем лишь около 1% энергии света. Животное, съевшее растение, получает запасенную им энергию не полностью. Часть пищи не переваривается и выделяется в виде экскрементов. Обычно усваивается от 20 до 60% растительного корма. Усвоенная энергия идет на поддержание жизнедеятельности животного. Работа клеток и органов сопровождается выделением тепла, поэтому значительная доля энергии пищи вскоре рассеивается в окружающее пространство. Лишь небольшая часть усвоенной пищи идет на рост, т. е. на построение новых тканей, на запасы в виде отложения жиров. У молодых эта доля несколько больше, чем у взрослых.

Следовательно, уже на первом этапе происходит значительная потеря энергии из пищевой цепи. Хищник, съевший растительноядное животное, представляет третий трофический уровень. Он получает только ту энергию из накопленной растением, которая задержалась в теле его жертвы в виде прироста.

Подсчитано, что на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90%, и только около одна десятой доли переходит к очередному потребителю. Это правило передачи энергии в пищевых связях организмов называют правилом десяти процентов (рис. 1). 

Рисунок 1. Правило десяти процентов.

7.2 Правило пирамиды биологической продукции. 

Органическое вещество, создаваемое в экосистемах в единицу времени (год, месяц и т. п.), называют биологической продукцией. 

Масса тела живых организмов называется биомассой. 

Биологическая продукция экосистем - это скорость создания в них биомассы.

Продукцию растений называют первичной, продукцию животных или других консументов - вторичной, потому что она создается за счет энергии, связанной растениями. Понятно, что вторичная продукция не может быть больше первичной или даже равной ей.

Если оценить продукцию в последовательных трофических уровнях в любом биоценозе, мы получим убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз меньше предыдущего. Этот ряд можно выразить графически в виде пирамиды с широким основанием и узкой вершиной. Поэтому закономерности создания биомассы в цепях питания экологи называют правилом пирамиды биологической продукции.

Например, вес всех трав, выросших за год в степи, значительно больше, чем годовой прирост всех растительноядных животных, а прирост хищников меньше, чем растительноядных.

Из правила пирамиды биологической продукции нет исключений, потому что оно отражает законы передачи энергии в цепях питания.

Среднее значение первичной продукции по всему земному шару составляет около 3 т сухого вещества на 1 га в год. В большинстве типов экосистем разные ограничивающие факторы снижают возможности фотосинтеза. 

Наименее продуктивны экосистемы жарких и холодных пустынь и центральных частей океанов. 

Среднюю продукцию дают леса умеренного климата, луга и степи. 

Самый высокий прирост растительной массы - в тропических лесах, в травянистых зарослях устьев рек в жарких районах, на коралловых рифах в океане.

7.3 Правило пирамиды биомасс. Итак, биомасса – это общая масса тела живых организмов. В большинстве наземных экосистем действует правило пирамиды биомасс, согласно которому общая биомасса живых организмов каждого предшествующего трофического уровня больше, чем последующего.

Т.е. суммарная масса растений больше, чем биомасса всех растительноядных организмов (фитофагов), а их масса превышает массу всех хищников.

Соотношение биомасс может быть различным, потому что биомасса - это просто запас имеющихся в данный момент организмов. Например, в океанах одноклеточные водоросли делятся с большой скоростью и дают очень высокую продукцию. Однако их общее количество меняется мало, потому что с не меньшей скоростью их поедают различные фильтраторы. Образно говоря, водоросли еле успевают размножаться, чтобы выжить. Рыбы, головоногие моллюски, крупные ракообразные растут и размножаются медленнее, но еще медленнее поедаются врагами, поэтому их биомасса накапливается. Если взвесить все водоросли и всех животных океана, то последние перевесят. Пирамида биомасс в океане оказывается, таким образом, перевернутой. В наземных экосистемах скорость выедания растительного прироста ниже, и пирамида биомасс в большинстве случаев напоминает пирамиду продукции (рис.2).

Рисунок 2. Правило пирамиды биомасс.

7.4 Правило пирамиды чисел. В тех трофических цепях, где передача энергии происходит в основном через связи хищник – жертва, часто выдерживается правило пирамиды чисел: общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается (рис. 3).

Это связано с тем, что хищники, как правило, крупнее объектов своего питания и для поддержания биомассы одного хищника нужно несколько или много жертв. Из этого правила могут быть и исключения – те редкие случаи, когда более мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных. Правило пирамиды чисел было подмечено еще в 1927 г. Ч. Элтоном, который отметил также, что оно неприменимо к цепям питания паразитов, размеры которых с каждым звеном уменьшаются, а число особей возрастает.

Рисунок 3. Правило пирамиды чисел.