Законы биологической продуктивности
Кроме растений, органическое вещество из неорганического создают на Земле некоторые бактерии. Они получают энергию не за счет солнечного света, а за счет химического превращения одних неорганических соединений в другие. Поэтому они называются хемосинтезирующими бактериями.
Недавно на дне океанов были открыты такие удивительные экосистемы, где все пищевые цепи начинаются с бактерий-хемосинтетиков. Эти экосистемы возникают на глубине возле выходов из недр горячей воды, богатой минеральными соединениями. Бактерии используют в качестве источника энергии в основном сероводород, а для построения органического вещества растворенный в воде диоксид углерода (углекислый газ). Бактериями питаются многочисленные животные, большинство из которых ранее было совсем неизвестно. Из таких сообществ описано уже несколько сотен новых видов и даже новые классы животных. В их числе огромные, до 2 м, червеобразные формы без кишечников, у которых бактерии живут в симбиозе с ними в специальных клетках их тела. Сообщества эти существуют в условиях полной темноты и не нуждаются в веществах растительного происхождения.
По цепям питания вместе с веществом и энергией могут передаваться и стойкие ядовитые соединения, которые попадают в растения из окружающей среды. В малых дозах они не опасны для организма, но в результате постоянного питания и все нового поступления накапливаются в них. Хищники, поедающие таких растительноядных животных, еще сильнее концентрируют в себе ядохимикаты. Например, содержание яда ДДТ, применявшегося для борьбы с насекомыми, в телах хищных или рыбоядных птиц в некоторых районах в 500 тыс. раз превышало содержание его в воде или почве. Гибель хищников от отравления неоднократно отмечена в природе и служит людям острым сигналом об угрожающем загрязнении окружающей среды.
В цепи питания переходит далеко не вся продукция фотосинтеза. Часть созданного органического вещества расходуется при обмене веществ самого растения, расщепляясь в ходе дыхания на углекислый газ и воду. Эта часть составляет обычно 20–50, а иногда и 70%. Общая скорость фотосинтеза называется валовой первичной продукцией. Ту ее часть, которая не тратится растением, а идет на его рост, называют чистой биологической продукцией.
Первичную биологическую продукцию экосистем ограничивают или климатические факторы (недостаток тепла, влаги), или нехватка биогенных элементов. Примеры продуктивности различных экосистем (в граммах сухого вещества на квадратный метр площади за сутки):
- меньше 1 г – пустыни и глубокие моря;
- 1–3 г – луга, горные леса, пашни, мелкие моря, глубокие озера;
- 3–10 г – степи, мелкие озера, леса умеренной полосы, орошаемые поля;
- 10–25 г – коралловые рифы, заросли папируса, тропические леса, интенсивно возделываемые культуры на полях.
Экологи в шутку подсчитали, что для того, чтобы прокормить в течение года одного мальчика весом в 45 кг, достаточно четырех с половиной телят общим весом в 1035 кг, а для них – 20 млн растений люцерны с биомассой 8,2 т.
Энергия, заключенная в такой массе люцерны, составляет 14,9 млн калорий, в телятах содержится 1,19 млн калорий, а в мальчике остается из этого количества 8300 (мальчик ест мясо, но не кости, шкуру или шерсть, которые также содержат связанную энергию).
Разработана технология переработки отходов промышленного животноводства по принципу разворачивания в пространстве пищевой цепи. Навоз животных смывается в водоемы-отстойники. Из них взвесь дозировано подается в пруд-разбавитель, где в массе развиваются одноклеточные водоросли. Водоем "цветет". Отсюда вода вместе с водорослями периодически подается в другой, "рачковый" пруд, где многочисленные дафнии и другие рачки интенсивно фильтруют воду, отцеживая водоросли. В третьем пруду на рачках выращиваются мальки рыб. Здесь очистка воды обитателями пруда доводится до такого состояния, что ее можно вновь использовать на фермах. В результате такой переработки навоза хозяйства получают рыбную продукцию и часть продукции мелких рачков на белковый корм скоту.