Экосистема и биогеоценоз

Вообще же популяции крупных и долговечных  растений и животных обладают меньшей  скоростью обновления по сравнению  с мелкими и короткоживущими, и аккумулируют вещество и энергию  в течение более длительного  времени. Зоопланктон обладает большей  биомассой, чем фитопланктон, которым  он питается. Это характерно для  планктонных сообществ озер и  морей в определенное время года; биомасса фитопланктона превышает  биомассу зоопланктона во время весеннего  «цветения», но в другие периоды  возможно обратное соотношение. Подобных кажущихся аномалий можно избежать, применяя пирамиды энергии. 

ПИРАМИДЫ  ЭНЕРГИИ 

Организмы в экосистеме связаны общностью  энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить  единому механизму, потребляющему  энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные  вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который в конце концов и  возвращаются либо в качестве отходов  жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом  в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором  участвуют и живой, и неживой  компоненты.

Движущей  силой этих круговоротов служит, в  конечном счете, энергия Солнца. Фотосинтезирующие  организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем  передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается  поток энергии и питательных  веществ через экосистему. Энергия  может существовать в виде различных  взаимопревращаемых форм, таких как  механическая, химическая, тепловая и  электрическая энергия. Переход  одной формы в другую называется преобразованием энергии.

В отличие  от потока веществ в экосистеме, носящего циклический характер, поток  энергии напоминает улицу с односторонним  движением. В экосистемы энергия  поступает от Солнца и, постепенно переходя из одной формы в другую, рассеивается в виде тепла, теряясь в бесконечном  космическом пространстве. Необходимо еще отметить, что климатические  факторы абиотического компонента, такие как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной  энергии. Таким образом, все живые  организмы это преобразователи  энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся  энергия, поступающая в биотический  компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла.

В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий, или закон (правило) 10 %, согласно которому с одного трофического уровня экологической  пирамиды переходит на другой, более  высокий ее уровень (по «лестнице»: продуцент консумент редуцент) в  среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень экологической  пирамиды энергии. Обратный поток, связанный  с потреблением веществ и продуцируемой  верхним уровнем экологической  пирамиды энергией более низким ее уровням, например от животных к растениям, намного слабее не более 0,5 % (даже 0,25 %) от общего ее потока, и потому говорить о круговороте энергии в биоценозе  не приходится.

Если энергия  при переходе на более высокий  уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных  и радиоактивных, в примерно такой  же пропорции увеличивается. Этот факт фиксирован в правиле биологического усиления. Оно справедливо для  всех ценозов.

При неизменном энергетическом потоке в пищевой  сети или цепи более мелкие наземные организмы с высоким удельным метаболизмом создают относительно меньшую биомассу, чем крупные. Поэтому  из-за антропогенного нарушения природы  происходит измельчение «средней»  особи живого на суше  крупные  звери и птицы истребляются, вообще все крупные представители растительного  и животного царства все больше и больше делаются раритетами. Это  неминуемо должно вести к общему снижению относительной продуктивности организмов суши и термодинамическому разладу в биосистемах, в том  числе сообществ и биоценозов.

Исчезновение  видов, составленных крупными особями, меняет вещественно-энергетическую структуру  ценозов. Поскольку энергетический поток, проходящий через биоценоз и  экосистему, в целом практически  не меняется (иначе бы произошла  смена типа ценоза), включаются механизмы  биоценотического, или экологического, дублирования: организмы одной трофической группы и уровня экологической пирамиды закономерно замещают друг друга. Причем мелкий вид встает на место крупного, эволюционно ниже организованный вытесняет более высокоорганизованный, более генетически подвижный приходит на смену менее генетически изменчивому.

Так, при  истреблении копытных в степи  их заменяют грызуны, а в ряде случаев  растительноядные насекомые. Иными  словами, именно в антропогенном  нарушении энергетического баланса  природных степных экосистем  следует искать одну из причин участившихся нашествий саранчи. При отсутствии хищников на водоразделах Южного Сахалина в бамбучниках их роль выполняет  серая крыса. Возможно, таков же механизм возникновения новых инфекционных заболеваний человека. В одних  случаях возникает совершенно новая  экологическая ниша, а в других борьба с заболеваниями и уничтожение  их возбудителей освобождает такую  нишу в человеческих популяциях. Еще  за 13 лет до открытия ВИЧ была предсказана  вероятность появления «гриппоподобного заболевания с высокой летальностью». 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Очевидно, что  системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными, и в любом случае обречены на неудачу. Изучая законы функционирования экосистем, мы имеем дело с потоком энергии, проходящих через ту или иную экосистему. Скорость накопления энергии в форме  органического вещества, которое  может быть использовано в пищу, важный параметр, т. к. им определяется общий поток энергии через  биотический компонент экосистемы, а значит и количество (биомасса) животных организмов, которые могут  существовать в экосистеме. «Получение урожая» означает изъятие из экосистемы тех организмов или их частей, которые  используются в пищу (или для иных целей). При этом желательно, чтобы  экосистема производила пригодную  для пищи продукцию наиболее эффективно. Рациональное природопользование единственный выход из ситуации.

Общая задача рационального управления природными ресурсами состоит в выборе наилучших, или оптимальных, способов эксплуатации естественных и искусственных (например, в сельском хозяйстве) экосистем. Причем под эксплуатацией понимается не только сбор урожая, но и воздействие  теми или иными видами хозяйственной  деятельности на условия существования  природных биогеоценозов. Следовательно, рациональное использование природных  ресурсов предполагает создание сбалансированного  сельскохозяйственного производства, не истощающего почвенные и водные ресурсы и не загрязняющего землю  и продукты питания; сохранение природных  ландшафтов и обеспечение чистоты  окружающей среды, сохранение нормального  функционирования экосистем и их комплексов, поддержание биологического разнообразия природных сообществ  на планете.