Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 2 (страница 27)

12.3.8. Эффекты концентрации веществ в пищевых цепях

После второй мировой войны стало быстро возрастать число различных синтетических веществ, выбрасываемых в окружающую среду. Это прежде всего гербициды и пестициды, предназначенные для уничтожения организмов (особенно сорняков и насекомых), наносящих вред урожаям, домашнему скоту и самому человеку. Среди первых применявшихся с успехом пестицидов была группа хлорированных углеводородов, в том числе ДДТ (дихлордифенилтрихлроэтан), диэлдрин и алдрин. Эти вещества ядовиты для многих животных и человека, но особенно вредоносны для птиц, рыб и беспозвоночных. В середине 60-х годов неожиданным для многих ученых явилось сообщение о том, что ДДТ обнаружен в печени пингвинов в Антарктиде-месте весьма удаленном от районов возможного применения ДДТ.

12.11. На рис. 12.14 показано, какие количества ДДТ содержатся на различных трофических уровнях в пищевой цепи. Эти данные были собраны в США.

а) Если концентрация ДДТ в воде, окружающей водные растения, составляет 0,02 ч. на млн., то во сколько раз она возрастает при переходе ДДТ 1) в первичных продуцентов, 2) в мелких рыб, 3) в крупных рыб и 4) в тела хищных птиц, завершающих пищевую цепь?

б) Какие заключения вы можете вывести из вашего ответа на вопрос а?

в) 1) На каком трофическом уровне ДДТ скорее всего оказывает наибольшее влияние? 2) На каком уровне его легче всего обнаружить?

3) На каком уровне находятся насекомые — вредители урожаев (обычная "мишень" для ДДТ)?

г) Какими путями ДДТ мог попасть в печень пингвинов?

д) Большое Чистое озеро в Калифорнии служило местом отдыха, в частности рыбной ловли. В 1940-е годы нарушение естественной экосистемы из-за эвтрофизации (обогащение питательными веществами, см. разд. 3.2.8 и 12.4.6) привело к увеличению популяций мелких двукрылых насекомых. В 1949, 1954 и 1957 гг. эти популяции были обработаны распыленным ДДД (вещество, сходное с ДДТ), В результате первой и второй обработки было уничтожено около 99% этих насекомых, но они быстро восстановили свою численность, а третья обработка ДДД почти не оказала действия.

Анализ небольших рыб, выловленных в озере, показал, что содержание ДДД в мышцах рыб, употребляемых человеком в пищу, составляет 1-200 ч. на млн., а в жировой ткани 40-2500 ч. на млн. Популяция западных поганок, насчитывавшая около 1000 особей и кормившаяся на озере, вымерла, а содержание ДДД в их жировых тканях составляло 1600 ч. на млн.

1. Объясните, почему с помощью ДДД не удалось уничтожить мелких двукрылых насекомых и почему они так быстро восстановили свою численность после повторного применения ядохимиката.

2. Было замечено, что многие животные погибают от отравления ДДТ в те периоды, когда им не хватает пищи. Объясните это явление, основываясь на ранее приведенных данных.

е) В Великобритании зимы 1946-1947 и 1962-1963 гг. были особенно суровыми. Смертность среди птиц была велика в обе зимы, но во вторую из них была особенно высокой. Чем это можно объяснить, учитывая приведенные ранее данные о применении ДДТ?

Рис. 12.14. Количество ДДТ, заключенное в биомассе организмов, находящихся на разных трофических уровнях пищевой цепи. Цифрами выражено количество весовых единиц ДДТ. приходящееся на 1 млн. весовых единиц биомассы

От отравления пестицидами очень сильно пострадали некоторые хищники верхних трофических уровней, больше всего птицы. Например, из-за отравления ДДТ на востоке США полностью исчез сапсан. Птицы наиболее уязвимы потому, что ДДТ вызывает гормональные изменения, влияющие на обмен кальция. В результате скорлупа откладываемых яиц становится тоньше, и они значительно чаще разбиваются. Содержание ДДТ в жировых тканях человеческого тела достигает в США 12-16 ч. на млн., тогда как официально установленный предел допустимого содержания его в пищевых продуктах составляет 7 ч. на млн.

Позже был создан ряд сильнодействующих, но быстро разрушающихся пестицидов, таких, как органофосфаты (например, малатион), и применение ДДТ резко сократилось. Однако производство ДДТ обходится сравнительно дешево, и он по-прежнему остается наиболее пригодным для определенных целей, например для борьбы с малярией. Решая вопрос о применении пестицидов, мы часто вынуждены из двух зол выбирать меньшее. Благодаря ДДТ во многих районах земного шара удалось полностью искоренить малярию. На острове Маврикий, например, хотя с 1900 г. рождаемость значительно не изменилась, произошел взрыв численности населения, так как гораздо меньше детей стало умирать от этой болезни. За 10 лет в результате распыления ДДТ смертность от малярии упала со 150 до 50 случаев на 1 тыс. детей.

12.12. Какими свойствами в идеале должны обладать, по вашему мнению, вновь создаваемые пестициды?

12.4. Абиотический компонент экосистемы

Абиотический, т. е. неживой, компонент экосистемы подразделяется на эдафические (почвенные), климатические, топографические и другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений и огня.

12.4.1. Эдафические факторы

Наука о почвах называется почвоведением. Уже в ранних работах подчеркивалось значение почвы как источника питательных веществ для растений. Почву изучали также с геологической точки зрения, и при этом внимание было сосредоточено на физических и химических свойствах почвы, — ее описывали как инертный неорганический материал. Русский ученый Докучаев впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Он сделал это в своей классической работе о почвах России, опубликованной в 1870 г. Докучаев доказал, что почва постоянно изменяется и развивается, а в ее активной зоне идут физические, химические и биологические процессы. Он выявил пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, геологическая основа (материнская порода), топография (рельеф), живые организмы и время.

Хотя мы включили почву в раздел об абиотических факторах, правильнее считать ее важнейшим связующим звеном между биотическими и абиотическими компонентами наземных экосистем.

Почвой называют слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры. Рост растений зависит от содержания нужных питательных веществ в почве и от ее структуры. Хотя современная технология позволяет довольно успешно преодолевать неблагоприятные почвенные условия, нужен верный научный анализ проблемы, чтобы не допустить побочных вредных воздействий на окружающую среду. Примером может служить истощение запасов питательных веществ в почве, зачастую связанное с вырубкой лесов (особенно в тропиках), и избыточное обогащение почвы удобрениями в районах интенсивного земледелия. Оно ведет к вымыванию питательных веществ и связанной с этим эвтрофизации водоемов, как, например, в некоторых восточных районах Англии.

В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50-60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15-25%) и вода (25-35%). Методы анализа этих компонентов описаны в разд. 13.1.1. Кроме того, имеется биотический компонент, о котором говорилось в предыдущем разделе и который будет рассмотрен подробнее в гл. 13.

Минеральный скелет (неорганический материал)

Минеральный скелет почвы — это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания.

Минеральные фрагменты, образующие вещество почвенного скелета, различны — от валунов и камней до песчаных крупинок и мельчайших частиц глины. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий грунт (частицы < 2 мм) и более крупные фрагменты. Частицы меньше 1 мкм в диаметре называют коллоидными. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту. Соотношение частиц разных размеров в мелком грунте исследуют путем механического анализа в лаборатории (разд. 13.1.1) или при наличии опыта на ощупь в поле. На рис. 12.15 представлены две наиболее известные классификации для различения песка, ила и глины. В обоих случаях глиной считают материал с частицами меньше 0,002 мм (2 мкм) в диаметре.

Рис. 12.15. Классы почв по размеру частиц

Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка, ила и глины. На рис. 12.16 изображен стандартный "треугольник почвенной структуры" и указаны границы одиннадцати структурных классов.

Рис. 12.16. Треугольная диаграмма классов почв по структуре, использованная в Soil Survey of England and Wales, 1974

Структура почвы имеет большое значение для сельского хозяйства. Средне- и мелкоструктурные почвы, такие, как глины, суглинки и алевриты, обычно более пригодны для роста растений, так как содержат достаточно питательных веществ и способны удерживать воду. Песчанистые почвы быстрее дренируются и теряют питательные вещества из-за выщелачивания, но их выгодно использовать для получения ранних урожаев: их поверхность высыхает ранней весной быстрее, чем у глинистых почв, что приводит к лучшему прогреванию. Степень каменистости почвы (частицы > 2 мм) тоже имеет значение, так как влияет на быстроту износа сельскохозяйственных орудий, а также на дренаж. Обычно с увеличением содержания камней в почве уменьшается ее способность удерживать воду.