4.7. Концентрація речовин у трофічних ланцюгах

У трофічних ланцюгах усі види речовин послідовно переходять від одного організму до іншого. Органічні речовини в цьому процесі перетворюються в специфічну для кожного виду рослин та тварин форму. Так, білки рослин у процесі живлення фітофагів, які їх споживають, розщеплюються до амінокислот, і вже з них в організмі тварини синтезуються специфічні білки.

Інший шлях проходять окремі хімічні речовини, зокрема так звані ксенобіотики – речовини, що в природі спочатку не існували, а потім були синтезовані людиною. Такі речовини проходять через трофічні ланцюги в незмінному вигляді. Через те що розмір біомаси в екологічних пірамідах закономірно знижується при переході на кожний новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків у розрахунку на одиницю біомаси більшає. Цей ефект називається законом концентрування речовин у трофічних ланцюгах.

Закономірності концентрування речовини в трофічних ланцюгах були детально вивчені на прикладі ДДТ – пестицида, який застосовується для знищення ряду комах та відрізняється високою стійкістю. За даними Н. Гріна та інших (1990), у США в трофічному ланцюгу з чотирьох ланок концентрація ДДТ зростала таким чином: у тілі водяних рослин (ДДТ вносили для знищення комарів) його концентрація становила 0,04 г на один кілограм біомаси, у риб, що харчуються водяними рослинами, вона підвищилася до 10 г на один кілограм біомаси, у хижих великих риб досягала 50 г на один кілограм ваги тіла, а в птахів, що харчуються рибою, – 75 г на один кілограм біомаси. Очевидно, що всього за 4 ланки трофічного ланцюга концентрація ДДТ в тканинах зросла в 1875 разів.

Аналогічно відбувається концентрація в трофічних ланцюгах радіоактивних речовин (зокрема, цезію), важких металів (свинцю, кадмію та ін.), а також будь-яких ксенобіотиків. Д-А. Криволуцький та ін. (1989) показали, що при переході радіоактивного цезію (137-Cs) від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої, його концентрація зростає в 1,5-8 разів. М. Краус (1989) вивчив проходження важких металів у трофічному ланцюгу «рослини – комарі – хірономіди – ластівки». Виявилося, що в

цьому трофічному ланцюгу спостерігалося виражене накопичення важких металів у тілі ластівок. У мозковій тканині і печінці накопичувався свинець, у м’язах, шкаралупі яєць та в тканинах ембріонів – хром та нікель, а в пір’ї – мідь і свинець.

Концентрування речовин у трофічних ланцюгах має важливі наслідки для всієї практики господарювання людини в природних екосистемах. Забруднення, яке вважається незначним при оцінці кількості забруднювача в навколишньому середовищі, стає катастрофічно небезпечним при дії закону концентрації, і небезпечним перш за все для самої людини, яка знаходиться на вершині всіх трофічних ланцюгів пасовищного типу.

Трофічні ланцюги виконують ще й бар’єрну функцію. Із концентруючими та бар’єрними функціями живої речовини пов’язана здатність екосистем до самоочищення. Вона проявляється стосовно великого класу речовин. Ряд з них, потрапляючи до трофічного ланцюга, поступово руйнується. Але така здатність біомів до самоочищення не безмежна. Є верхній граничний рівень концентрації, перевищення якого вже не дає можливості біому очиститися від даної речовини. Тут багато що залежить від типу забруднюючої речовини та швидкості її надходження в екосистему. При поступовому надходженні забруднюючих речовин самоочищення відбувається ефективніше, ніж при разових викидах в екосистему великої кількості ксенобіотика.

Деякі забруднюючі речовини в біогеохімічних циклах не руйнуються, а переходять у депо даного циклу (гірські породи, атмосфера і т.ін.), і їхня шкідлива дія на організм знижується. Це відбувається з багатьма мінеральними речовинами.

Кількісну оційку здатності екосистем до самоочищення здійснюють на основі порівняння швидкості надходження тієї чи іншої речовини до екосистеми зі швидкістю асиміляції цієї речовини екосистемою. У прикладі, що наводять Д. Бейч та І. Ма-кескіл (DU. Bache, І A. McAskill, 1984), для однієї з природних екосистем США цей показник становив: для води – 3,3 кг/га на рік, для фосфору – 4,0, азоту – 11,8, міді – 0,9, кадмію – 4,7. У цьому прикладі при комплексному забрудненні критичним виявилося б забруднення азотом, яке повинне контролюватися в першу чергу.