Биотический баланс и его составляющие

Впервые балансовый подход к изучению водоемов был выдвинут Л.Л. Россолимо в 1934 г. Он рассматривал баланс веществ и энергии в водоеме как развернутое представление о всех фазах динамики отдельных элементов и явлений, с ним связанных.

Особое место в экосистемах занимает баланс органических веществ, который включает в себя разнородные и сложные биотические процессы в водоемах. С балансом органических веществ тесно связан баланс биогенных и других элементов. Это обусловлено тем, что биогенные вещества входят в состав органических веществ. (В состав всех белков входят углерод, водород, азот и кислород. В некоторых белках присутствуют и другие элементы, чаще всего фосфор, железо, цинк и медь. Простые белки обычно содержат около 50% углерода, 23% кислорода, 16% азота и 7% водорода). Биотические процессы образования и разрушения органического вещества представляют собой важнейшие составляющие биотического круговорота в водоемах.

Баланс ОВ нельзя рассматривать просто как разность между их поступлением и выносом из водоема. Такой подход не имеет смысла, поскольку ОВ могут синтезироваться и в самом водоеме. Поэтому большое значение имеют представления, характеризующие скорость их образования (продукции) и разрушения (деструкции).

Разработанный Г.Г. Винбергом, Линдеманном и В.С. Ивлевым энергетический принцип изучения биотического круговорота, трофических взаимоотношений и биологической продуктивности водоемов в соответствии с первым законом термодинамики отражает фундаментальное положение о том, что энергия, в отличие от вещества, в цепи трофических превращений не исчезает, а может переходить из одной формы в другую.

Используя понятие «поток энергии», можно достаточно хорошо описать поведение энергии в экосистемах, поскольку превращения энергии в них идут в направлении от организмов-накопителей энергии к организмам-потребителям.

При такой энергетической трактовке биотический баланс может быть выражен простым равенством

A – R = ± P

где A – новообразование ОВ в водоеме; R - превращение ОВ, связанные с процессами метаболизма у гидробионтов. В отличие от процессов новообразования, эти процессы ведут к уменьшению запасов ОВ и заключенной в них энергии и представляют собой процессы разрушения (деструкции). Знак «±», стоящий у последнего члена балансового равенства, говорит о том, что баланс ОВ в водоеме может быть и положительным и отрицательным. В первом случае процессы образования ОВ преобладают над процессами деструкции и в водоеме происходит их накопление, а во втором – преобладают процессы деструкции и запасы ОВ уменьшаются.

Первичное ОВ может быть синтезировано внутри самого водоема за счет фотосинтетической активности растений, либо хемосинтеза бактерий (автохтонное ОВ). ОВ, поступающее в водоем извне, с площади его водосбора, - аллохтонное.

Балансовое равенство можно записать и в виде составляющих трансформации энергии консументами, широко используемой в практике гидробиологических исследований:

C = P + R + F

где C – рацион консументов; Р – затраты на построения тела (рост или продукция животных); R – затраты на дыхание, метаболизм животных; F – неусвоенная часть пищи, включая прижизненные выделения.

Выражение P + R = A описывает усвоенную животными часть энергии потребленной ими пищи, которая называется ассимилированной энергией (ассимиляцией, или физиологически полезной энергией пищи), а применительно к популяции и сообществу животных – потоком энергии.

Количество неусвоенной пищи может быть определено непосредственно или по величине усвояемости пищи (u), которая показывает, какую долю потребленной пищи составляет усвоенная. В первом приближении принято считать, что для нехищных животных усвояемость составляет 60%, а для хищных – 80%. Однако для точного сведения баланса необходимо получать надежные экспериментальные данные об усвояемости пищи животными конкретного вида в конкретных условиях. С учетом сказанного балансовое равенство можно записать в виде

C = A + F C = A(1+u)

Входной поток у популяций гетеротрофов связан с потребленной пищей (С), а у автотрофов – с валовым фотосинтезом (Ф); выходные потоки – с неусвоенной пищей (F), дыханием, или тратами на обмен (R) и элиминацией (Е). Входные и выходные потоки не сбалансированы, разность между ними определяется изменением биомассы. Поскольку продукция определяется из равенства:

Р = dB/dt + E

то балансовое равенство может быть записано:

для автотрофов Ф = P + R

для гетеротрофов C = P + R + F

Для растительноядных животных оба балансовых равенства для автотрофов и гетеротрофов могут быть объединены.

Составление биотического баланса позволяет выразить в одних и тех же единицах энергии биомассу и продукцию растительных и животных организмов разной систематической принадлежности и охарактеризовать определенными величинами главнейшие этапы продукционного процесса.

Дата добавления: 2014-01-13