Как найти биомассу продуцентов

КАЯ (пирамида биомасс) — соотношение между продуцентами, консумен-тами (первого, второго порядков) и редуцентами в экосистеме, выраженное в их массе (числе — пирамида чисел Элтона, заключенной энергии — пирамида энергий) и изображенное в виде графической модели. В наземных экосистемах вес продуцентов (на единицу площади и абсолютно) больше, чем вес консументов, консументоз первого порядка больше, чем консументов второго порядка и т. д., поэтому графическая модель имеет вид пирамиды. В некоторых водных экосистемах, отличающихся исключительно высокой биологической продуктивностью продуцентов, пирамида может быть перевернутой, т. е. биомасса продуцентов в них меньше, чем биомасса консументов, а иногда и редуцентов. Однако по суммарной продуктивности за год каждого звена экологическая пирамида сохраняет свой «классический» вид.[ …]

На образование биомассы расходуется не вся энергия, но та энергия, которая используется, создает первичную продукцию и может расходоваться в разных экосистемах по-разному. Если скорость ее изъятия консументами отстает от скорости прироста растений, то это ведет к постепенному приросту биомассы продуцентов и возникает избыток мертвого органического вещества. Последнее приводит к заторфовыванию болот, зарастанию мелких водоемов, созданию большого запаса подстилки в таежных лесах и т. п.[ …]

Диаграммы потоков энергии существенно зависят от типа экосистемы, исходной биомассы продуцентов и числа трофических уровней. Для реальных систем характерно ветвление потоков энергии, соответствующее соотношению пастбищных и дет-ритных цепей питания (рис. 3.12).[ …]

Консумент — гетеротрофный (т.е. питающийся др. организмами) организм, превращающий биомассу продуцентов и др. конеументов в биомассу своего тела (растительноядные и плотоядные животные).[ …]

Количественных данных о содержании целевых ферментов при пересчете на гомогенный белок в биомассе продуцентов рестриктаз мало [13, 29, 58, 138, 140, 152, 196, 254]. В исследованных немногочисленных случаях эти значения приблизительно равны (мкг/г сырой биомассы продуцента): 6 — Bsu I [58], 44 — Bsp I [283], 45 — Mva I [29] и 68 — Bcn I [196]. По этому показателю их превосходит только EcoR II, Hha II, PaeR7, EcoR V и Taq I. Сверхсинтез этих ферментов был достигнут благодаря успешному применению для конструирования продуцента методов генной инженерии [13, 34, 80, 140, 154, 272].[ …]

Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т.е. общую массу организмов каждого трофического уровня. Наличная биомасса продуцентов и консументов в конкретных экосистемах зависит от того, как соотносятся между собой темпы накопления органического вещества на определенном трофическом уровне и передачи его на вышестоящий, т.е. насколько сильно выедание образовавшихся запасов. Важную роль при этом имеет скорость воспроизведения основных генераций продуцентов и консументов.[ …]

Соотношение подземных и надземных частей. Важной и уникальной ‘ особенностью структуры наземных экосистем, определяющей продуктивность системы и участие в круговороте минеральных веществ, является непрерывность растительной ткани от вершины автотрофного яруса до основания гетеротрофного. Определенный интерес представляет поэтому соотношение подземных и надземных частей по биомассе продуцентов, продукции и биогенным веществам. В процессе сукцессии отношение подземных частей к надземным явно возрастает. Так, по данным Монка (1966), у однолетних растений на ранних стадиях сукцессии отношение подземных частей к надземным равно 0,1—0,2; у многолетних трав и у быстро растущих деревьев, таких, как сосна, оно составляет 0,2—0,5, а у медленно растущих деревьев климаксных сообществ, таких, как дуб и гикори, оно выражается величинами 0,5—1,0. Это можно считать еще одним проявлением того, что по мере развития экосистемы ее стабильность и способность удерживать минеральные вещества возрастают (гл. 9). На величину отношения подземных частей к надземным влияет температура; об этом свидетельствуют данные по некоторым сельскохозяйственным культурам, приведенным в табл. 50.[ …]

Реальные экологические системы подвержены случайным флуктуациям внешнего и внутреннего характера. Первые связаны с колебаниями во времени различных физических характеристик среды, вторые вызваны непосредственно случайным характером взаимодействия между различными компонентами биологического сообщества, связанным, например, со случайностью встреч хищников и жертв, внутрипопуляционными флуктуациями рождаемости и смертности, пространственными и временными колебаниями биомассы продуцентов и т.д.[ …]

Как правильно решать расчетные задачи по экологии 

Расчет биомассы карасей в озере

Задача 1.
Щуки питаются карасями, а черви-паразиты развиваются в организме 10% особей карасей и щук. Щукам доступно для питания 10% карасей. В биоценозе озера обитают щуки общей массой 20 кг и черви-паразиты общей массой 1 кг. Найдите минимальную биомассу карасей в данном озере.
Решение:
1. Пищевой рацион щук (биомасса карасей) составит:

20 кг ^. 10 = 200 кг.

2. Пищевой рацион червей-паразитов (биомасса рыб) составит:

1 кг ^. 10 = 10 кг.

3. Минимальная масса карасей в озере составит:

200 кг + 10 кг = 210 кг.

---

Определение количества птиц, которое могут прокормиться в лесу 

Задача 2.
Установлено, что в 1 кг массы тела дятлов, содержится 3000 кДж энергии, КПД фотосинтеза лесной экосистемы составляет 1%. Какое количество этих птиц со средней массой тела 100 г сможет прокормиться в лесу, на поверхность которого падает 12^.10⁹ кДж солнечной энергии, а первичным потребителям, которыми питаются дятлы, доступно до 1% чистой первичной продукции, запасенной растениями.
Решение:
1) Определяем энергию продуцентов, получим:

100% — 12^.10⁹ кДж
1% —      х кДж
х = (1% ^. 12^.10⁹ кДж)/100% = 12^.10⁷ кДж.

2) Определяем энергию первичных потребителей, получим: 

100% — 12^.10⁷ кДж
1% —      х кДж
х = (1% ^. 12^.10⁷ кДж)/100% = 12^.10⁵ кДж. 

3) Согласно правилу Линдемана определяем энергию дятлов, получим:

100% — 12^.10⁵ кДж
10% —    х кДж
х = (1% ^. 12^.10⁵ кДж)/100% = 12^.10⁴ или 120 000 кДж.

4) Находим биомассу дятлов, получим:

3000 кДж  —     1000 г  
120 000 кДж  — х г
х = (120 000 кДж ^. 1000 г)/3000 кДж = 40000 г.

5) Находим количество дятлов, получим:

(40000 г)/100 г = 400 дятлов.

Ответ: 400 дятлов в лесу.
 

---

Определение количества консументов II порядка в экосистеме

Задача 3.
Какое максимальное количество консументов II порядка со средней массой 5 кг сможет прокормиться в сообществе, на поверхность которого поступает 5 ^. 10⁸ ккал солнечной энергии, если в 1 кг теле хищника содержится 500 ккал энергии, а КПД фотосинтеза с лесу 1%? (Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Линдемана).
Решение:
Рассчитаем количество энергии, необходимое для прироста биомассы консументов II порядка, получим:

5 кг ^. 500 = 25000 ккал.

Исходя из правила Линдемана:

консументу II порядка необходимо: 25000 ккал ^. 10 = 250000 ккал.

Запишем пропорцию, чтобы определить количество энергии, заключенной в сообществе, получим:

5^.10⁸ ккал — 100%
х ккал      —       1%
х = (5^.10⁸ ккал ^. 1%)/100% = 5^.10⁶ ккал.

Рассчитаем максимальное количество консументов II порядка, которое может прокормиться в сообществе, получим:

Nобщ. = (5^.10⁶ ккал)/250000 ккал = 20 особей консументов II порядка.

Ответ: 20.

 

---

Определение площади экосистемы
  

Задача 4.
Какая площадь соответствующего биогеоценоза может выкормить одну особь последнего звена в цепи питания: растения — грызуны — лиса? Масса лисы 25 кг, из них вода — 65%. Продуктивность наземных растений — 200 г с 1 м²/год.
Решение:
Рассчитаем чистую (органическую) массу лисы, получим:

25 ^. 0,35 = 8,75 (кг).

Зная, что масса лисы составляет 8,75 кг, а это число должно быть в 10 раз меньше массы предыдущего звена трофической цепи, легко найдём массу предыдущего звена (грызуны): 8,75 х 10 = 87,5 (кг). Соответственно масса растений составляет: 87,5 ^. 10 = 875 (кг).
Теперь, зная продуктивность наземных растений, рассчитаем площадь соответствующего биогеоценоза, получим: (875000 г)/(200 г/м²) = 4375 м².

Ответ: площадь биогеоценоза 4375 м².   
 

---

Задача 5.
Какая площадь экосистемы нужна, чтобы прокормить 1 хищника (масса — 1000 кг, 30% составляет сухое вещество), что находится на четвертом трофическом уровне (первичная продуктивность экосистемы — 200 г/м²)?
Решение:
m = 1000 кг (из них 30% составляет сухое вещество);
биопродуктивность — 200 г/м²;
цепь питания:

растения → консументы I порядка → консументы II порядка → хищник 
S_{(экосистемы)} = ?

1. Определяем массу органического вещества в теле хищника, получим: 

1000 кг ^. 0,3 = 300 кг или 300000 г.

2. Согласно правилу экологической пирамиды – на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени, больше чем на последующем ~ в 10 раз.

Отсюда: 

m(растения) = 300000 кг → m(консументы I порядка) = 30000 кг → m(консументы II порядка) = 3000 кг → m(хищник) = 300 кг. 

3. Определяем площадь данной экосистемы, если известно, что продуктивность экосистемы 200 г/м² = 0,2 кг, получим:

1 м² — 0,2 кг
х м² — 300000 кг
х = (1 м^{2 .} 300000 кг)/0,2 кг = 1500000 м² или 150 га.

Ответ: S(экосистемы) = 150 га.

 

---

Определение массы фитопланктона, необходимого для прокорма морского леопарда

Задача 6.
Используя правило экологической пирамиды, определите массу фитопланктона, которой может прокормиться морской леопард массой 300 кг, если он занимает четвертую пищевой уровень.
Решение:
Согласно правилу экологической пирамиды – на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени, больше чем на последующем ~ в 10 раз.

 
Отсюда:

4. морской леопард — 300 кг;
3. консументы 3-го порядка — 3000 кг;
2. консументы 1-го порядка — 300000 кг;
1. фитопланктон — 300000 кг.

Ответ: m(фитопланктона) = 300000 кг.
 

---

Определение сроков прохождения деревом своего жизненного цикла

Задача 7.
У буков, в зависимости от условий произрастания, состояние подроста длится от 2 до 30 лет, молодого неплодоносящего дерева – от 15 до 120 и плодоносящего – от 40 до 350 лет. Рассчитайте и сравните самый короткий и максимальный сроки прохождения деревом своего жизненного цикла.
Решение:
1. Рассчитаем самый короткий срок прохождения буком своего жизненного цикла, получим:

2 + 15 + 40 = 57 лет.

2. Рассчитаем самый максимальный срок прохождения буком своего жизненного цикла, получим:

30 + 120 + 350 = 500 лет.

 

---

Расчет энергии, которая заключена в биомассе съеденных продуцентов.

Задача 8.
Пастбищная цепь питания экосистемы состоит из следующих звеньев (перечислены в случайном порядке!): белянка, капуста, куница, скворец. В экосистеме обитает 25 пар скворцов. Определите, сколько энергии (кДж) должно быть заключено в биомассе съеденных продуцентов, чтобы обеспечить прирост каждого скворца на 10 г, если в данной пищевой цепи соблюдается правило 10 %, а в 100 г любого консумента заключено 400 кДж энергии.
Решение:
1. Составим трофическую цепь, начиная от продуцентов, получим:

капуста → белянка → скворец → куница.

2. Определим общую массу прироста скворцов, получим:

10 г ^. 50 = 500 г.

3.Зная, что прирост по массе скворцов составляет 500 г, а это число должно быть в 10 раз меньше массы предыдущего звена трофической цепи, легко найдём массу предыдущего звена (белянка): 500 ^. 10 = 5000 (г). Соответственно масса капусты составляет: 5000 ^. 10 = 50000 (г). Получаем ответ: для того чтобы обеспечить прирост каждого скворца на 10 г необходимо 50000 г капусты.
4. Определим, сколько энергии (кДж) должно быть заключено в биомассе съеденных продуцентов, получим:
400 кДж ^. 50000 г = 20000000 кДж.

Ответ: 20000000 кДж.

---

ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА

РЕШЕНИЕ
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

РАСЧЕТ
КОЛИЧЕСТВА ОСОБЕЙ В ЭКОСИСТЕМЕ

Задача. Одна рысь
съедает в сутки 5 кг пищи. Какое максимальное количество рысей выживет в лесу с
биомассой 10950 тонн в год, если количество доступной пищи 0,1%.

Решение:

1) определяем доступную пищу

10950 т — 100%

х — 0,1%

х = 10,95 т = 10950 кг

2) определяем количество пищи для одной
рыси в год

365 · 5 кг = 1825 кг

3) определяем количество рысей в лесу

10950 кг / 1825 кг = 6 рысей

Задача. В 1 кг
массы синиц – К₂ содержится 4000 ккал энергии, КПД фотосинтеза в
лесу составляет 1%. Какое максимальное количество птиц со средней массой 20 г
сможет прокормиться в сообществе, на поверхность которого поступает 2∙10⁷
ккал солнечной энергии.

Решение:

1) определяем энергию продуцентов

20000000 ккал — 100%

х — 1%

х = 200000 ккал

2) согласно правилу Линдемана определяем
энергию синиц

    
П         
          К₁                   
       К₂

200000   
        20000      
      2000    

К₂ = 2000 ккал

3) находим биомассу синиц

1 кг — 4000 ккал

х кг — 2000 ккал

х = 0,5 кг

4) находим количество синиц

500 г / 20 г = 25 синиц в сообществе

1. Определите, какое
максимальное количество паразитов может прокормиться в организме хозяина, если
масса одного паразита – 10 г, а в 1 г его тела заключено 200 ккал энергии.
Хозяин – травоядное животное со средней массой тела 40 кг, в 1 кг которого
содержится 2000 ккал энергии.

2. В 1 кг массы тела
дятлов – К₂ содержится 3500 ккал энергии, а КПД фотосинтеза в лесу
2%. Какое максимальное количество птиц со средней массой тела 100 г сможет
прокормиться в лесу, на поверхность которого падает 7∙10⁷ ккал
солнечной энергии?

ЗАДАЧИ НА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ.

Для приблизительной
оценки численности популяции в том случае, когда другие, более точные, методы
неприменимы (например, при оценке численности рыб в озере или численности
мышевидных грызунов в участке леса), используется метод «отлов с мечением –
повторный отлов», при котором вычисляется показатель численности,
называемый индексом Линкольна. Общий размер популяции (N) в этом
случае определяется как частное между произведением количества животных в первом
(N₁) и во втором (N₂) уловах и количеством меченых
животных, обнаруженных во втором улове (n) (метятся и затем выпускаются в среду
все особи, отловленные при первом вылове).

N =
(N_1*N₂)/n_мечен.

3. Для изучения
численности  огненных саламандр их фотографируют, а не метят, так размер и
рисунок пятен у каждой саламандры особенный. Поймали, сфотографировали, а затем
выпустили на прежнее место 30 саламандр. Через сутки снова поймали 30
саламандр, среди них было 15, сфотографированных ранее. Предположим, что за
сутки ни одна саламандра не умерла, не родилась, не эмигрировала из популяции и
не иммигрировала в популяцию. Определите число саламандр в популяции.

4. Гидробиологи
поставили цель оценить размер популяции карпа в небольшом пруду. С помощью сети
отловили 50 экземпляров и пометили их краской, выпустили обратно в пруд. Через
24 часа снова отловили 50 экземпляров, среди которых оказалось 20 меченых.
Рассчитайте количество популяции карпа, если за время проведения исследований
ее численный состав не изменился.

5. Для определения
численности популяции ястребов было отловлено, окольцовано и выпущено 40 птиц.
Спустя 24 часа было вновь отловлено 40 птиц. Из них 25 ястребов оказалось
помеченных ранее. Определите количество особей в популяции, если за время исследования
никто не родился и не умер.

ПРИРОСТ
БИОМАССЫ

Задача . Мыши за лето съели в поле 80 кг зерна. Рассчитайте оставшийся урожай
зерна в (кг), если известно, что прирост биомассы мышей к концу лета составил
0,02% от урожая. Переход энергии с одного трофического уровня на другой в
данной цепи питания составляет 15%.

Решение

1) Определяем биомассу мышей

           
80 кг – 100%

           
х    –  15%

           
х = 12 кг

2) Рассчитываем весь урожай зерна

           
12 кг – 0,02%

           
х    – 100%

           
х = 60000 кг

3) Определяем оставшийся урожай

           
60000 – 80 = 59920 кг

7. Полевки за лето
съели в поле 120 кг зерна. Рассчитайте оставшийся урожаи зерна в (кг), если
известно, что прирост биомассы полевок к концу лета составил 0,01% от урожая.
Переход энергии с одного трофического уровня на другой в данной цепи питания
составляет 10%.

Задача. Скворцы на яблоне питаются гусеницами яблонной плодожорки. Рассчитайте
оставшийся урожай яблок в (кг), если за лето гусеницы могли бы уничтожить 25%
яблок и достигнуть биомассы 4 кг. Переход энергии с одного трофического уровня
на другой в данной цепи составляет 20%.

Решение

1) Определяем, сколько яблок съели гусеницы

           
4 кг –   20%

           
х    –  100%

           
х = 20 кг

 2) Рассчитываем биомассу яблок

           
20 кг –  25%

           
х    – 100%

           
х = 80 кг

3) Определяем оставшийся урожай яблок

           
80 – 20 = 60 кг

8. Скворцы на яблоне питаются гусеницами яблонной плодожорки. Рассчитайте
оставшийся урожай яблок в (кг), если за лето гусеницы могли бы уничтожить 20%
урожая и достигнуть биомассы 5 кг. Переход энергии с одного трофического уровня
на другой в данной цепи составляет 10%.

Задача. Щуки в водоеме съели 200 кг мелкой рыбы. Определите прирост биомассы
щук в (кг), если переход энергии с одного трофического уровня на другой равен
15%, а мелкая рыба составляет 50% рациона
щук.                 

Решение

1) Определяем биомассу мелкой рыбы

           
200 кг –   50%

           
х     –   100%

           
х = 400 кг

2) Рассчитываем прирост щук

           
400 кг –  100%

           
х     –    15%

           
х = 60 кг

9. Щуки в водоеме съели 1800 кг мелкой рыбы. Определите прирост биомассы
щук в (кг), если переход энергии с одного трофического уровня на другой равен
20%, а мелкая рыба составляет 90% рациона щук.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
БИОМАССЫ

10. Рассмотрите
пирамиду энергии экосистемы леса

Определите биомассу продуцентов данной
экосистемы в тоннах, если известно, что 1 кг зеленой массы поглощает 3∙10⁶
кДж солнечной энергии.

11. Рассчитайте
первичную продукцию верхового болота в тоннах, где энергия хищников 2-го
порядка составляет 3000 ккал, если известно, что 1 кг этой продукции содержит
запас энергии 150 ккал.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ЗАПАСА ЭНЕРГИИ

Задача. Известно, что в мелком водоеме в течение года образовалось 15 кг чистой
первичной продукции. Каждый грамм такой биомассы содержит 20 ккал энергии.
Рассчитайте, каким запасом энергии будут обладать хищники 2-го порядка данного
водоема.

Решение

1) Определяем энергию
продуцентов:

        
1    г  –  20 ккал

        
15000 г  –   х  ккал

        
х = 300000 ккал

2) Согласно правилу
Линдемана определяем запас энергии соответственно у консументов третьего
порядка, т. е. хищников 2-го порядка в водоеме:

        
К₁ – 30000 ккал

        
К₂ – 3000 ккал

     
   К₃ – 300 ккал

12. Известно, что чистая первичная продукция в лесу составила 4.6 тонн в
год. Рассчитайте, сколько будет энергии у хищников 2-го порядка в данной
экосистеме, если 10 кг первичной продукции содержит 5000 ккал энергии.

Определите биомассу (в тоннах ) продуцентов экосистемы озера, использованной для аккумуляции 2, 5 * 10 в 7 — ой кДж энергии в организме карпа ( пищ.

Цепочка : фитопланктон> ; Малек карпа> ; окунь), если известно, что для синтеза 1 кг продуцентов ими поглощается 5 * 10 в 6 — ой кДж энергии , при этом КПД фотосинтэза составляет около 1%.

Процесс перехода энергии из одного трофических уровня на другой проходит в соответствии с правилом Линдеманн.

Определите биомассу (в тоннах ) продуцентов экосистемы озера, использованной для аккумуляции 2, 5 * 10 в 7 — ой кДж энергии в организме карпа ( пищ.

Цепочка : фитопланктон> ; Малек карпа> ; окунь), если известно, что для синтеза 1 кг продуцентов ими поглощается 5 * 10 в 6 — ой кДж энергии , при этом КПД фотосинтэза составляет около 1%.

Процесс перехода энергии из одного трофических уровня на другой проходит в соответствии с правилом Линдеманн.

Понятие о биомассе и продукции экосистемы

Благодаря возможности многократного использования вещества и постоянному притоку энергии экосистемы способны длительно поддерживать стабильное существование. Населяющие их продуценты, консументы и редуценты при этом постоянно обеспечивают воспроизведение и накопление своей биомассы, несмотря на то что запас веществ в биосфере ограничен и не пополняется.

Общее количество биомассы всех живых организмов, накопившейся в данной экосистеме за весь предыдущий период ее существования, называется биомассой экосистемы. Она выражается в единицах сырой массы или массы сухого органического вещества на единицу площади: г/м², кг/м², кг/га, т/км² (наземные экосистемы) или на единицу объема (водные экосистемы).

Процесс воспроизведения биомассы растений, животных и микроорганизмов, входящих в состав той или иной экосистемы, называется биологической продуктивностью. Обычно она выражается через количество продукции, образующейся в экосистеме на данном этапе.

Продукция экосистемы — количество биомассы, вновь воспроизведенной в экосистеме за единицу времени (обычно за год) на данном этапе ее существования.

Экосистемы сильно различаются по величине продукции. Образующаяся продукция может по-разному расходоваться в разных экосистемах. Если скорость ее потребления отстает от скорости образования, то это ведет к приросту биомассы экосистемы и накоплению в ней избытка детрита. В результате будет наблюдаться образование торфа на болотах, зарастание мелких водоемов, создание запаса подстилки в таежных лесах. В стабильных экосистемах практически вся образующаяся продукция тратится в сетях питания. В результате биомасса экосистемы остается практически постоянной.

Биомасса экосистемы и ее продукция могут сильно отличаться. Например, в густом лесу общая биомасса организмов очень велика по сравнению с ее годовым приростом — продукцией. Тогда как в пруду небольшая накопленная биомасса фитопланктона имеет высокую скорость возобновления — образования продукции за счет быстрого размножения.

*Первичная и вторичная продукция

В зависимости от того, какие вещества и энергия используются для возобновления биомассы в экосистеме, различают первичную и вторичную продуктивность. Соответственно, образующаяся при этом продукция называется первичной или вторичной.

Первичная продукция — биомасса, созданная автотрофными организмами (продуцентами) из минеральных веществ в процессе фото- или хемосинтеза. Основное количество образующихся таким путем органических веществ создают зеленые растения. Эффективность превращения поглощаемой ими солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ составляет в среднем 1 %. Эта закономерность получила название правило 1 %.

Вся первичная продукция, созданная продуцентами в результате фотосинтеза, называется валовой первичной продукцией (ВПП). Однако значительная часть синтезированного органического вещества расщепляется с участием кислорода, поступающего в процессе дыхания — это траты на дыхание (ТД). Выделившаяся при этом энергия расходуется продуцентами на поддержание жизнедеятельности. Часть валовой первичной продукции за вычетом трат на дыхание представляет собой прирост растительной биомассы и называется чистой первичной продукцией (ЧПП). Например, ежегодный прирост биомассы в дубраве (ЧПП) составляет около 10 т/га (около 6 т — прирост надземных побегов, примерно 4 т приходится на прирост подземных органов). ЧПП является очень важной характеристикой экосистемы. Именно накопленная в ней энергия позволяет существовать всем гетеротрофным организмам (консументам и редуцентам) и создавать свою продукцию. Как правило, часть этой продукции остается в экосистеме в виде неиспользованной продукции (НП) и имеет большое значение для развития экосистемы. В сельскохозяйственных экосистемах эту продукцию изымает человек в виде урожая и использует для своих потребностей.

Вторичная продукция — биомасса, созданная гетеротрофными организмами (консументами и редуцентами) за счет энергии органического вещества (ЧПП), синтезированного продуцентами в процессе фотосинтеза.

Как первичная, так и вторичная продукция используются в качестве источника энергии на трофических уровнях в пастбищных цепях, являясь кормом (К) для консументов — пищевых звеньев этих цепей. На что организмы тратят энергию потребленного корма?

Консументы, как и продуценты, часть потребленной продукции затрачивают на поддержание процессов жизнедеятельности — траты на дыхание (ТД). Часть переваренного корма используется на образование биомассы консументов, которая называется вторичной продукцией (ВтП). Непереваренные остатки корма выделяются в окружающую среду в виде экскрементов (Э). Однако не вся вторичная продукция, образовавшаяся на каждом трофическом уровне, переходит на следующий уровень в качестве корма. Часть ее, как правило, остается на трофическом уровне в качестве запаса — в виде неиспользованной продукции (НП). Совокупность неиспользованной продукции всех трофических уровней пастбищных цепей составляет чистую продукцию экосистемы (ЧПЭ).

Чистая продукция экосистемы — часть продукции, которая может быть использована в пределах самой экосистемы для ее развития или может быть изъята человеком без ущерба для экосистемы. В молодых экосистемах, где численность консументов еще невелика, значение ЧПЭ довольно большое. Такие экосистемы можно вовлекать в хозяйственный оборот. По мере усложнения видового состава экосистемы количество ЧПЭ постепенно снижается. На конечной стадии развития экосистемы оно приближается к нулю. Вмешательство в такие равновесные экосистемы чревато нарушением пищевых связей между организмами и может привести к разрушению экосистемы. Таким образом, количество ЧПЭ является характеристикой стадии развития экосистемы и определяет возможности дальнейшего ее развития и использования для удовлетворения потребностей человека.

Вспомните правило 10 %, согласно которому в пастбищной цепи на каждый последующий трофический уровень передается примерно 10 % энергии. Согласно вышесказанному, на следующий трофический уровень не может передаваться энергия трат на дыхание, а также энергия, входящая в состав экскрементов и неиспользованной продукции. Все это и будет в совокупности составлять примерно 90 % энергии потребленного корма. И лишь 10 % его энергии в составе биомассы организмов (ВтП) может быть доступно для следующего трофического уровня. Из этого следует, что пастбищные цепи не могут быть длинные, обычно они включают 3—5 звеньев.

При распределении первичной и вторичной продукции на трофических уровнях экосистемы соблюдается балансовое равенство. Это значит, что на каждом трофическом уровне консументов количество продукции, поступившей из предыдущего трофического уровня в виде корма, равно сумме всей продукции, расходованной организмами данного трофического уровня на разные цели.

 Обратите внимание! На основании приведенной схемы можно составить следующие закономерности распределения разных видов продукции в экосистеме, которые используются для решения задач на продуктивность экосистем (без учета экскрементов и детрита):

1) ВПП → ТД_I + ЧПП;

2) ЧПП → НП_I + К_II;

3) К_II → ТД_II + ВтП_II;

4) ВтП_II → НП_II + К_III и т. д;

5) ЧПЭ = НП_I + НП_II + … + НП_n.

Римская цифра в подстрочном индексе обозначает номер трофического уровня в пищевой цепи.

Используя данные закономерности распределения продукции для решения экологических задач и учитывая правило 10 %, можно рассчитать примерное количество разных видов продукции на трофических уровнях, если известно ее количество на первом трофическом уровне пищевой цепи. И наоборот, зная содержание продукции на последнем трофическом уровне, можно определить, сколько ее образовалось на первом трофическом уровне в пищевой цепи. Если известно содержание энергии в единице продукции, то можно рассчитать количество энергии в биомассе организмов определенного трофического уровня.

Примеры решения задач на биологическую продуктивность приведены в разделе «Методика решения задач (В)».

Повторим главное. В экосистеме осуществляется непрерывный круговорот веществ и направленный поток энергии. Благодаря этому в ней происходит воспроизведение и накопление биомассы организмов. Общее количество биомассы живых организмов, накопившейся в экосистеме за весь период ее существования, называется биомассой экосистемы. Процесс воспроизведения биомассы организмов, входящих в состав экосистемы, называется биологической продуктивностью. Она выражается количеством продукции — биомассой, вновь воспроизведенной в экосистеме за единицу времени (обычно за год) на данном этапе ее существования. В экосистеме различают два вида продукции: первичную (валовую и чистую), созданную продуцентами, и вторичную, созданную консументами и редуцентами. Эти виды продукции используются в цепях питания в качестве корма. Энергия корма расходуется организмами каждого трофического уровня на процессы жизнедеятельности, прирост биомассы и частично остается в составе экскрементов и неиспользованной продукции. На трофических уровнях пастбищных цепей соблюдается балансовое равенство между поступившей и расходующейся продукцией. Вся неиспользованная продукция трофических уровней составляет чистую продукцию экосистемы, что определяет возможности ее дальнейшего развития и использования для удовлетворения потребностей человека.

Проверим знания