Почему в наземных биоценозах биомасса потребителей обычно меньше биомассы фотосинтези­рующих организмов, а в некоторых водных биоцено­зах наоборот? (ШБО, 10 кл., 1982 г.)

Ответ. Общая закономерность, состоящая в том, что биомасса продуцентов (фотосинтезирующих организ­мов) превышает биомассу потребителей (растительнояд­ных организмов), которая, в свою очередь, должна быть больше биомассы хищных животных, известна под названием «правило пирамиды биомасс». На первый взгляд кажется, что это правило не терпит никаких ис­ключений. На самом деле к приведенной выше формули­ровке требуется сделать очень существенную поправку. Для того чтобы «правило пирамиды биомасс» было спра­ведливо, следует говорить не о биомассах, а о продукциях. Продукция есть биомасса, произведенная за некоторую единицу времени. Тогда все становится на свои места. Действительно, растительноядные организмы никак не могут произвести больше биомассы, чем они потре­били растительной пищи, и потребить больше, чем было за некоторый промежуток времени произведено расти­тельной продукции. На самом деле продукция раститель­ноядных животных обычно бывает раз в десять меньше, чем продукция растений, ими потребленная, поскольку не вся пища усваивается, а из усвоенной пищи неко­торая часть обязательно расходуется в качестве источ­ника энергии для движения, продукции тепла, процес­сов биосинтеза, и поэтому не может быть использо­вана на построение тела животного, т;о есть на продук­цию.

В том случае, если продукция фотосинтезирующих организмов высока, но вся она постоянно потребляется растительноядными животными, мы, измеряя в каждый

момент времени биомассу, обнаружим, что она невелика и на первый взгляд недостаточна для прокорма расти­тельноядных организмов.

Именно такая картина наблюдается во многих водных сообществах, где основными продуцентами являются микроскопические планктонные водоросли. Для них, как и для всех мелких организмов, характерна высокая ско­рость размножения, а следовательно, у них высока и продукция. На рисунке изображена пирамида продукций некоего водного сообщества. Заштрихованные прямо­угольники соответствуют наблюдаемой биомассе, а незаштрихованные — продукции, производимой на каждом трофическом уровне (т. е. на каждой ступени пирамиды) и немедленно потребляемой следующим тро­фическим уровнем.

кустарников, живые части стволов и корней и т. д.) обыч­но практически не потребляется растительноядными ор­ганизмами. Естественно, что в наземных сообществах не только продукция, но и биомасса растений больше, чем продукция животных.

Однако высокая продукция и быстрое ее потребле­ние — далеко не единственная возможная причина относительно небольшой биомассы фотосинтезирующих организмов. Во многих морских сообществах это явле­ние может объясняться тем, что значительную часть продукции органических веществ дают симбиотические водоросли, обитающие внутри различных беспозвоноч­ных — коралловых полипов, двустворчатых моллюсков тридакн и др. Они, конечно, тоже относятся к фотосин­тезирующим организмам, но обычными методами мы не сможем их обнаружить.

Кроме того, органическое вещество может создавать­ся не только в результате фотосинтеза, но и в резуль­тате хемосинтеза, при котором источником энергии для синтеза органических веществ служит не свет, а окис­лительно-восстановительные реакции. Существуют целые сообщества, например сообщества так называемых «черных курильщиков», или гидротермов,— глубоковод­ных выходов горячих вод, богатых сероводородом, в которых вообще все органическое вещество продуцирует­ся только в процессе хемосинтеза. Продуцентами яв­ляются серобактерии, окисляющие сероводород и слу­жащие пищей разнообразным червям, моллюскам и рако­образным. Не так давно обнаружено подобное сообщест­во и на небольшой глубине в районе сероводородных источников на одном из Курильских островов.

Наконец, многие водные биоценозы, прежде всего глубоководные, являются зависимыми и не могут сущест­вовать без притока органики извне. На больших океани­ческих глубинах всегда темно и фотосинтез невозможен, и тем не менее там обитают многочисленные животные, потребляющие органические остатки, оседающие на дно из верхних слоев воды.

21. Ученые выяснили, что в одном из озер тем­пература и концентрация растворенного в воде кисло­рода во второй половине лета изменяются на глубине так, как показано на рисунке. Как Вы думаете,

какими биологическими процессами можно объяс­нить подобный ход изменения содержания кислорода в зависимости от глубины? (ШБО, 10 кл., 1979 г.)

торый называется термоклином (см. график). Поэтому ничего удивительного, что концентрация кислорода с глу­биной быстро убывает.

Гораздо труднее объяснить провал на графике кон­центрации кислорода в районе термоклина. Куда может деваться кислород в водоеме? Два главных пути по­требления кислорода — дыхание живых организмов и химическое окисление мертвых органических остатков. Оказывается, оба они особенно интенсивны в слое термоклина.

Дело в том, что, как было сказано выше, на той же глубине, где происходит скачок температур, происходит и скачок плотности воды. Поэтому множество органиче­ских частиц, оседающих из верхних слоев воды и имею­щих плотность, близкую к единице, большую, чем плот­ность теплой воды, но меньшую, чем плотность холод­ной, останавливается, достигнув термоклина. На их окис­ление расходуется кислород. Еще больше кислорода потребляют развивающиеся на этих органических остат­ках многочисленные бактерии.

Достойны рассмотрения и другие объяснения. На­пример, можно предположить, что в теплых слоях воды обитают одни виды зоопланктона, а в холодных — дру­гие. В зоне термоклина могут встречаться и те, и другие, в результате чего там оказывается повышенная числен­ность животных, потребляющих кислород.

21. Сильное «цветение» воды, наблюдаемое иногда в прудах и озерах, часто сопровождается замором рыбьи Как Вы объясните это явление? (ШБО, 8 кл., 1979 г.)

Ответ. «Цветением» воды называют массовое размно­жение в ней водорослей, обычно придающих ей зеле­ный цвет. Это явление часто наблюдается в неглубоких, хорошо прогреваемых солнцем водоемах, особенно в тех случаях, когда в водоем попадает большое количество необходимых водорослям нитратов и фосфатов, на­пример, в результате смыва удобрений с полей. «Цве­тение» сопровождается рядом неприятных последст­вий, в частности массовой гибелью зоопланктона и рыб.

Это может быть связано с рядом причин. Во-первых, некоторые водоросли, вызывающие «цветение», в част­ности многие сине-зеленые (цианобактерии) и динофла- гелляты, ядовиты. Во-вторых, во время «цветения» часто возникает острая нехватка кислорода. На первый взгляд кажется парадоксальным, что массовое размножение фотосинтезирующих водорослей сопровождается де­фицитом кислорода. Это кажущееся противоречие разрешается следующим образом.

Естественно, что помимо кислорода при фотосин­тезе образуется большое количество органики, входящей в клетки водорослей или выделяемой ими в воду. Кис­лород, растворимость которого в воде падает с возрас­танием температуры днем, когда идет фотосинтез и вода особенно прогрета, часто выделяется в атмосферу в виде пузырьков. Органические же вещества остаются в водоеме. По ночам фотосинтез не идет и восполнить расход кислорода на окисление этой органики нечем. К тому же при высокой температуре и дыхание организ­мов, и химические процессы окисления идут особенно интенсивно.

В случае очень сильного «цветения» в воде, особенно в придонном слое, вообще может не остаться кислорода. При этом органические вещества претерпевают бес­кислородное окисление, в результате чего выделяются метан, аммиак и сероводород. Последний особенно опа­сен для всего живого в водоеме.

21. В некоем районе находились два озера. На берегу одного из них построили гараж, а у другого высыпали минеральные удобрения. В результате в первое озеро попадали нефтепродукты, а во второе смывало дождями удобрения. Какие процессы нача­лись в озерах? Чем они различались? Чем они могут закончиться

Какие экологические опасности представляют крушения нефтеналивных судов? (ШБО, 7 кл., 1980 г.)