Пищевой цепью называется перенос
энергии, заключенной в растительной пище,
через ряд организмов в процессе их поедания
друг другом.
Организмы, получающие свою
энергию от Солнца через одинаковое число
ступеней, принадлежат к одному трофическому
уровню (от греч. trophe - питание, пища), т.
е. это совокупность организмов, занимающих
определенное положение в общей цепи питания.
Зеленые растения (автотрофы) занимают
первый трофический уровень (уровень продуцентов),
травоядные - второй (уровень первичных
консументов), первичные хищники, поедающие
травоядных, - третий (уровень вторичных
консументов), вторичные хищники -
четвертый (уровень третичных
консументов).
Трофические уровни и экологическая пирамида
Различают два типа
пищевых цепей: пастбищная и детритная.
Пастбищная цепь (цепь выедания) - может рассматриваться как процесс синтеза и трансформации органического вещества, например, зеленое растение растительноядное животное хищник.
Пастбищная пищевая
цепь
Детритная цепь (цепь разложения) - представляет собой процесс поэтапной деструкции и минерализации органических веществ, например,
Детритная пищевая
цепь
Пищевая сеть - это сложная сеть
пищевых взаимоотношений.
Несмотря на многообразие пищевых
сетей, они все соответствуют общей схеме:
от зелёных растений к первичным консументам,
от них к вторичным консументам и т.д. и
к детритофагам. На последнем месте всегда
стоят детритофаги, они замыкают пищевую
цепь.
Трофический уровень - это совокупность
организмов, занимающих определённое
место в пищевой сети.
I трофический уровень - всегда
растения;
II трофический уровень - первичные
консументы
III трофический уровень -
вторичные консументы и т.д.
Детритофаги могут находиться
на II и выше трофическом уровне.
Обычно в экосистеме насчитывается
3-4 трофических уровня. Это объясняется
тем, что значительная часть потребляемой
пищи тратится на энергию (90 - 99 %), поэтому
масса каждого трофического уровня меньше
предыдущего. На формирование тела организма
идет относительно немного (1 - 10 %. Соотношение
между растениями, консументами, детритофагами
выражают в виде пирамид.
Пирамида биомассы - показывает
соотношение биомасс различных организмов
на трофических уровнях.
Пирамида энергии показывает
поток энергии через экосистему. (см.рис.)
Очевидно, что существование большего
числа трофических уровней невозможно,
из-за быстрого приближения биомассы к
нулю.
Пищевые сети гораздо сложнее
пищевых цепей, и в них труднее выделить
трофические уровни (продуцентов, консументов
и т. д.). Объясняется это в основном тем,
что пищевые сети включают чрезвычайно
много видов, и никогда нельзя быть уверенным,
что учтены все входящие в данную пищевую
сеть организмы. Ситуация осложняется
еще и тем, что некоторые животные питаются
как другими животными, так и растениями;
их называют всеядными (таков, в частности,
и человек), то есть занимают в пищевой
сети более чем одну позицию, выступая
одновременно в роли первичного консумента
и в роли вторичного консумента.
В качестве примера можно привести
сообщество небольшого ручья, где личинки
ручейников питаются и зелеными растениями
(т. е. являются первичными консументами),
и личинками других насекомых, являясь
при этом вторичным консументом. В пищевых
сетях малых рек и ручьев редуценты обычно
используют в пищу то, что приносится течением
с верховьев; это, как правило, опавшие
листья, фекалии, мертвые организмы и прочее.
В основе многих пищевых сетей,
особенно в водной среде, лежит детрит.
Весь неиспользованный органический материал,
образованный на разных уровнях пищевой
сети (экскременты, секреты, мертвые растения
и животные), разрушается редуцентами
до простых соединений, служащих пищей
растениям, или вновь возвращается на
более высокий уровень сети вместе с редуцентами,
которых поедают другие животные. В схеме
пищевой сети могут быть показаны только
некоторые из многих возможных связей,
и она обычно включает лишь одного или
двух хищников каждого из верхних трофических
уровней.
Такие схемы иллюстрируют пищевые
связи между организмами в экосистеме
и служат основой для количественного
изучения экологических пирамид и продуктивности
экосистем. Экологические пирамиды. Пирамиды
численности для изучения взаимоотношений
между организмами в экосистеме и для
графического представления этих взаимоотношений
удобнее использовать не схемы пищевых
сетей, а экологические пирамиды.
Различают три типа экологических
пирамид.
Пирамида чисел
Пирамида чисел (численностей)
отражает численность отдельных организмов
на каждом уровне. В экологии пирамида
численностей используется редко, так
как из-за большого количества особей
на каждом трофическом уровне очень трудно
отобразить структуру биоценоза в одном
масштабе.
Чтобы уяснить, что такое пирамида
чисел, приведем пример. Предположим, что
в основании пирамиды 1000 т травы, массу
которой составляют сотни миллионов отдельных
травинок. Этой растительностью смогут
прокормиться 27 млн кузнечиков, которых,
в свою очередь, могут употребить в пищу
около 90 тыс. лягушек. Сами лягушки могут
служить едой 300 форелям в пруду. А это
количество рыбы может съесть за год один
человек. Таким образом, в основании пирамиды
несколько сотен миллионов травинок, а
на ее вершине — один человек. Такова наглядная
потеря вещества и энергии при переходе
с одного трофического уровня на другой.
Иногда случаются исключения
из правила пирамид, и тогда мы имеем дело
с перевернутой пирамидой чисел. Это можно
наблюдать в лесу, где на одном дереве
живут насекомые, которыми питаются насекомоядные
птицы. Таким образом, численность продуцентов
меньше, нежели консументов.
Пирамида биомасс
Пирамида биомасс - соотношение
между продуцентами и консументами, выраженное
в их массе (общем сухом весе, энергосодержании
или другой мере общего живого вещества).
Обычно в наземных биоценозах общий вес
продуцентов больше, чем консументов.
В свою очередь, общий вес консументов
первого порядка больше, нежели консументов
второго порядка, и т.д. Если организмы
не слишком различаются по размерам, то
на графике, как правило, получается ступенчатая
пирамида с сужающейся верхушкой.
Американский эколог Р. Риклефс
объяснял структуру пирамиды биомасс
так: «В большинстве наземных сообществ
пирамида биомасс сходна с пирамидой продуктивности.
Если собрать все организмы, обитающие
на каком-нибудь лугу, то вес растений
окажется гораздо больше веса всех прямокрылых
и копытных, питающихся этими растениями.
Вес этих растительноядных животных в
свою очередь будет больше веса птиц и
кошачьих, составляющих уровень первичных
плотоядных, а эти последние также будут
превышать по весу питающихся ими хищников,
если таковые имеются. Один лев весит довольно
много, но львы встречаются столь редко,
что вес их, выраженный в граммах на 1 м2,
окажется ничтожным».
Как и в случае с пирамидами
чисел, можно получить так называемую
обращенную (перевернутую) пирамиду биомасс,
когда биомасса продуцентов оказывается
меньше, чем консументов, а иногда и редуцентов,
и в основании пирамиды находятся не растения,
а животные. Это касается в основном водных
экосистем. Например, в океане при довольно
высокой продуктивности фитопланктона
общая масса его в данный момент может
быть меньше, чем у зоопланктона и конечного
потребителя-консумента (киты, крупные
рыбы, моллюски).
Пирамида энергии
Пирамида энергии отражает
величину потока энергии, скорость прохождения
массы пищи через пищевую цепь. На структуру
биоценоза в большей степени оказывает
влияние не количество фиксированной
энергии, а скорость продуцирования пищи.
Все экологические пирамиды
строятся по одному правилу, а именно:
в основании любой пирамиды находятся
зеленые растения, а при построении пирамид
учитывается закономерное уменьшение
от ее основания к вершине численности
особей (пирамида чисел), их биомассы (пирамида
биомасс) и проходящей через пищевые цени
энергии (пирамида энергии).
В 1942 г. американский эколог
Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды
энергии, согласно которому с одного трофического
уровня на другой через пищевые цени переходит
в среднем около 10 % энергии, поступившей
на предыдущий уровень экологической
пирамиды. Остальная часть энергии тратится
на обеспечение процессов жизнедеятельности.
В результате процессов обмена организмы
теряют в каждом звене пищевой цепи около
90 % всей энергии. Следовательно, для получения,
например, 1 кг окуней должно быть израсходовано
приблизительно 10 кг рыбьей молоди, 100
кг зоопланктона и 1000 кг фитопланктона.
Общая закономерность процесса
передачи энергии такова: через верхние
трофические уровни энергии проходит
значительно меньше, чем через нижние.
Вот почему большие хищные животные всегда
редки, и нет хищников, которые питались
бы, к примеру, волками. В таком случае
они просто не прокормились бы, настолько
волки немногочисленны.
Причины демографического
взрыва в 20 веке
Суть демографической проблемы состоит
в ускоренном росте населения Земли. Его
можно проследить, анализируя периоды
времени, через которые население Земли
достигало каждого миллиарда жителей.
Очевидно, что во второй половине
XX в. время на достижение каждого следующего
миллиарда резко сократилось, что и характеризует
чрезвычайно быстрый рост населения Земли.
Возникает вопрос: «В чем главная
причина столь быстрого роста населения?»
Она заключается в особенностях демографической
ситуации в странах мира, и прежде всего
в развивающихся. Наблюдающаяся в них
низкая производительность труда в сельском
хозяйстве (оно является главной отраслью
экономики), общинное владение землей
(чем больше людей в общине, тем больше
ее земельный надел), а также религиозные
верования и традиции влекут за собой
увеличение рождаемости, а следовательно
— многодетность семьи.
Рис. 1. Периоды времени, через
которые население Земли достигало каждого
миллиарда жителей
Однако если в прошлом высокая
рождаемость, если можно так выразиться,
«уравновешивалась» высокой смертностью
(из-за голода, болезней и эпидемий) и рост
численности населения в итоге происходил
умеренно, то после Второй мировой войны
достижения современной цивилизации,
пришедшие в развивающиеся страны, повлекли
за собой прямо противоположные последствия
и привели к чрезвычайно быстрому росту
населения из-за высокого естественного
прироста, что получило название «демографический
взрыв».
Рис. 2. Причины глобальной демографической
проблемы
Суть произошедших изменений
отражает схема (рис. 1). Схема на рис. 2 и
табл. 1 позволяют сделать вывод о том,
что главная причина «демографического
взрыва» — отсутствие эффективного контроля
над рождаемостью.
Таблица 1. Демографические
показатели для разных типов стран
Однако демографические проблемы
являются более сложными и многоаспектными
и имеют существенные географические
различия. В развивающихся странах мира
распространен тип воспроизводства, характеризующийся
относительно высокой рождаемостью, смертностью
и естественным приростом (I тип), а в развитых
— противоположный тип, проявляющийся
в более низких уровнях демографических
процессов (II тип).
Другими словами, существуют
две проблемы: если развивающиеся страны
испытывают «демографический взрыв»,
то для ряда стран мира характерен «демографический
кризис», т. е. снижение численности населения
вследствие превышения смертности над
рождаемостью, что влечет за собой естественную
убыль населения.
В конце XX в. число таких стран
достигло двух десятков: Россия, Украина,
Белоруссия, Грузия, страны Балтии, Болгария,
Румыния, Венгрия, Словения, Чехия, Германия
и др. Снижение рождаемости в этих странах
связано в основном с их социально-экономическим
развитием.
Проведем сравнение демографической
ситуации в каждой из групп стран по отдельным
элементам и выявим различные географические
аспекты демографических проблем.
Таблица 2. Демографическая
ситуация в развитых и развивающихся странах
Развитые страны
Развивающиеся страны
Низкий уровень рождаемости,
незначительный естественный прирост
(«демографический кризис»)
Высокая рождаемость и высокий
естественный прирост («демографический
взрыв»)
Увеличение доли лиц старше
трудоспособного возраста в обшей численности
населения
Высокая доля детей в общей
численности населения
Высокая продолжительность
жизни
Невысокая продолжительность
жизни
Вывод: каждая страна мира имеет
свои демографические проблемы неодинакового
характера и степени сложности, определяемые
различиями в уровнях экономического,
социального и культурного развития, религиозного
состава населения и истории государства.
Следствия демографических
проблем могут быть следующими:
чрезвычайно быстрый рост населения
Земли;
высокий естественный прирост
населения в развивающихся странах, намного
превосходящий их возможности в решении
задач социально-экономического развития,
усиливая тем самым их отсталость;
усиление неравномерности в
размещении населения мира (9/10 населения
Земли проживает в развивающихся странах).
Рис. 3. Следствия демографических
проблем
Следовательно, демографические
проблемы влекут за собой усиление других
глобальных проблем, в том числе продовольственной,
геоэкологической и многих других.
Источники загрязнения
воды
Без чистой питьевой и технической
воды само существование человечества
было бы под вопросом, не говоря уже о его
развитии. К сожалению, сегодня, ситуация
складывается так, что количество чистых
источников воды на Земле сокращается
с каждым годом. Пока восполнить дефицит
хорошей со всех точек зрения воды удается
с помощью различного водоочистного оборудования,
однако, по пессимистическим прогнозам,
ученых, через несколько десятков лет
загрязненные воды на планете будут значительно
преобладать над пригодными для использования
в быту и народном хозяйстве. В научной
литературе загрязнение воды трактуется,
как изменение физического и химического
состояния воды, а также ее биологических
свойств, что делает невозможным ее употребление.
Состояние воды меняется при любых видах
ее использования, так при нагревании
она изменяет свои физические свойства,
а при доставке к потребителям — химические,
даже в том случае, если предварительно
проходит через очистные сооружения. Все
загрязняющие воды вещества делятся на
две основные группы — неизменные и изменяющиеся
со временем. К первой группе относятся
неактивные органические вещества, например,
пестициды, и большинство неорганических
солей, к которым относится сульфат натрия
— вещество, применяемое в текстильной
промышленности и в производстве различных
красителей. Во вторую группу входят органические
соединения, например, отходы целлюлозно-бумажных
предприятий, а также отходы большей части
промышленных предприятий.