Правило десяти процентов. Правило одного процента

В соответствии с законом пирамиды энергий, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии — это правило десяти процентов. Закон пирамиды энер­гий позволяет делать расчеты необходимой земельной площади для обес­печения населения продовольствием и другие эколого-экономические подсчеты. Среднемаксимальный переход энергии (или вещества в энер­гетическом выражении) с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой, составляя 10%, может колебаться в пределах 7—17%. Превышение этой величины недопустимо, иначе могут произойти пол­ные исчезновения популяций.

Правило одного процента — изменение энергетики природной системы в пределах одного процента выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния. Эмпирически это правило подтверждает­ся исследованиями климата и других природных процессов.

Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные ци­клоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. Пере­ход энергетики процесса за это значение обычно приводит к существен­ным аномалиям — резким климатическим отклонениям, переменам в ха­рактере растительности, крупным лесным и степным пожарам.

Как и в случае правила десяти процентов, многое зависит от состоя­ния природной системы, в которой происходят изменения. Это делает данное правило вероятным, дает лишь ориентиры, которым целесообраз­но следовать или учитывать возможную с большой вероятностью цепь событий, связанных с выходом системы из равновесного (квазистацио­нарного) состояния.

Особое значение правило данного процента имеет для глобальных сис­тем. Их энергетика, как предполагают, принципиально не может пре­взойти уровень примерно 0,2% от поступающей солнечной радиации (уровень энергетики фотосинтеза) без катастрофических последствий. Вероятно, это непреодолимый и недопустимый для человечества порог (из него следует и "ядерная зима").

Рис. 2. Тепловая энергия, теряющаяся при дыхании

Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организ­мов, называют цепями выедания (пастбищными, цепями потребления).

Цепи, которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экс­крементов животных — детритные цепи разложения.

Трофические цепи не изолированы друг от друга; тесно переплетаясь, они образуют трофические сети. Благодаря трофическим связям в экоси­стеме происходит трансформация биогенных веществ и аккумуляция энергии с последующим распределением их между видами и популяциями. Чем богаче видовой состав, тем разнообразнее направление и скорость потоков энергии в экосистеме.

Трофические цепи питания основываются на:

• втором законе термодинамики, согласно которому некоторая часть энергии рассеивается и становится недоступной для использования в виде тепловой энергии;

• а также на закономерностях поедания организмов, которые заключаются в том, что по мере продвижения по трофической цепи хищников жи­вотные увеличиваются в размерах, но число их уменьшается. И на­оборот, в трофических цепях паразитов организмы уменьшаются в раз­мерах, а их численность увеличивается.

В экосистемах разных типов мощность потоков энергии через цепи вы­едания и разложения различна:

• в водных сообществах часть энергии, фиксированной одноклеточными водорослями, поступает к питающимся фитопланктоном животным, да­лее к хищникам и уже меньшая часть включается в цепи разложения;

• в большей части экосистем суши наблюдается обратное соотношение. Так, в лесах более 90% ежегодного прироста растительной массы поступает через опад в детритные цепи.

Число звеньев в цепи питания может быть различным, но в основном их обычно бывает от 3 до 5.

Совокупность организмов, объединенных определенным типом питания, носит название "трофический уровень". Различают:

• первый уровень, который занимают автотрофы (продуценты);

• второй — растительноядные животные (консументы первого порядка);

• третий - хищники, питающиеся травоядными животными (консументы второго порядка), и паразиты первичных консументов;

• четвертый трофический уровень образуют вторичные хищники (консу­менты третьего порядка) и паразиты вторичных консументов.

Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются пара­зиты, живущие на консументах предыдущих уровней.

Примером цепи питания может служить цепь питания биологического биоценоза.

Например, начинается цепь с улавливания солнечной энергии : цветком. Бабочка, питающаяся нектаром цветка, представляет собой второе звено в этой цепи. Стрекоза нападает на бабочку. А спрятавшаяся лягушка ловит стрекозу, но сама является добы­чей для ужа, который в свою очередь будет съеден ястребом. Цепь питания замкнулась. Потенциальным (но не обязательным) заключительным звеном пищевой цепи является человек.

Все рассмотренные выше процессы связаны с синтезом и трансфор­мацией органического вещества в трофических сетях и характеризуют "пастбищные цепи".

"Детритные цепи" начинаются с разложения мертвой органики особыми группами консументов — сапрофагами. Сапрофаги механически, а отчасти и химически, разрушают мертвое органическое вещество, подготавливая его к воздействию редуцентов. В наземных экосистемах этот процесс (по большей части) проходит в подстилке и в почве. Активное участие в раз­ложении мертвого органического вещества принимают почвенные беспо­звоночные животные (членистоногие, черви) и микроорганизмы. Процесс деструкции идет последовательно, сапрофаги меняют друг друга в соот­ветствии со спецификой видового питания. Механическое разрушение производят крупные сапрофаги (например, насекомые), а процесс мине­рализации осуществляют уже другие организмы (прежде всего бактерии и грибы).

Поскольку сообщества сапрофагов отличаются относительно слабой жесткостью организации, то в детритных цепях идут стохастические про­цессы формирования сапрофагов, отдельные их виды легко заменяются другими видами, велика роль внешних факторов среды обитания и кон­курентного исключения (Н.М. Чернова, Н.А. Кузнецова, 1986). То есть с уровня консументов поток органического вещества идет по разным груп­пам потребителей: живое органическое вещество идет по "пастбищным цепям", а мертвое — по "детритным цепям".