ΒΙΟΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ-ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ-ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ

ΤΟΥ ΓΙΑΝΝΗ Δ. ΛΥΡΑ 

ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ-ΒΙΟΛΟΓΟΥ 

Βιοσυσσώρευση λέγεται η αύξηση της συγκέντρωσης, τοξικών χημικών ουσιών, που δεν μεταβολίζονται, βιοδιασπώνται, αποβάλλονται, από τους οργανισμούς,  στα ανώτερα τροφικά επίπεδα. Μια από τις αιτίες , για τη μείωση της βιοποικιλότητας στον πλανήτη γη, είναι  και η βιοσυσσώρευση, που προκαλεί μόνιμη διαταραχή στο οικοσύστημα και δεν αποκλείεται να εξαφανιστούν κάποια είδη. Στη βιοσυσσώρευση όταν μια τοξική ή τοξικές ουσίες, περάσει (ουν) μια ορισμένη  τιμή, στη βιομάζα των  οργανισμών, τότε αυτοί  αρρωσταίνουν ή απειλούνται με εξαφάνιση.

Η ποσότητα της τοξικής ή τοξικών ουσιών, παραμένει σταθερή στο οικοσύστημα, γιατί είναι συνθετικά παρασκευάσματα, τα οποία δεν μεταβολίζονται, επειδή δεν τις αναγνωρίζουν οι αποικοδομητές. Τέτοιες ουσίες είναι τα βαρέα μέταλλα (υδράργυρος, μόλυβδος κ.λ.π.), παρασιτοκτόνα, εντομοκτόνα ,  ραδιενεργά απόβλητα κ.λ.π. .Μια τέτοια συνθετική χημική ουσία ήταν και το DDT (ΔΙΧΛΩΡΟ-ΔΙΦΑΙΝΥΛΟ-ΤΡΙΧΛΩΡΟ ΑΙΘΑΝΙΟ), το οποίο τώρα έχει καταργηθεί, γιατί καταπολεμούσαν τα κουνούπια.

Δραματικές ήταν οι συνέπειες για κάποιους κορυφαίους καταναλωτές αρπακτικά πουλιά, που επηρεάζουν το κέλυφος των αυγών και στα θηλαστικά  βρέθηκε σε μεγάλη συγκέντρωση στο μητρικό γάλα , καθώς   στο μητρικό γάλα των Εσκιμώων, και τα αυγά των πιγκουίνων.

Το πηλίκο των τοξικών ουσιών, προς τη βιομάζα του οργανισμού ή οργανισμώνή τροφικού επιπέδου, μας δίνει τη συγκέντρωση. Η συγκέντρωση της μη βιοδιασπώμενης τοξικής ουσίας δίνεται από τη σχέση C=a\x, όπου α= η ποσότητα της μη βιοδαισπώμενης τοξικής ουσίας και χ = η ποσότητα βιομάζας του οργανισμού ή τροφικού επιπέδου. Η ποσότητα των τοξικών  χημικών ουσιών παραμένει σταθερή, ενώ η βιομάζα αναλογεί στο ένα δέκατο του επομένου τροφικού επιπέδου. Αν για παράδειγμα έχουμε στη βιομάζα των φυτών τη συγκέντρωση της χημικής ουσίας  η οποία είναι ένα μικρογραμμάριο, ανά χιλιόγραμμο βιομάζας φυτών, στη βιομάζα των καταναλωτών πρώτης τάξης (φυτοφάγους) θα είναι δέκα μικρογραμμάρια ανά χιλιόγραμμο, και στους καταναλωτές δεύτερης τάξης (σαρκοφάγους) θα είναι εκατό μικρογραμμάρια ανά χιλιόγραμμο.

Αυτό συμβαίνει, γιατί από το ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο  μόνο το 1\10  της ενέργειας ή βιομάζας μεταφέρεται, ενώ  τα 9\10 χάνονται για πολλούς διαφορετικούς λόγους (αναπνοή, ενέργεια, θάνατος, περιεκτικότητα τροφής σε νερό, δεν τρώγονται όλοι, ένα μέρος αποβάλλεται με τα απεκκρίματα ούρα-κόπρανα).

ΤΡΟΦΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ, ΠΥΡΑΜΙΔΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ, ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΟΥΣΙΑΣ, ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΟΥΣΙΑΣ

 ΠΑΡΑΓΩΓΟΙ                                       Χ                            1μγρ\Κρ                            α

ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΕΣ 1^ης τάξης                 Χ/10                    10μκρ\Κρ                             α

ΚΑΤΑΝΛΩΤΕΣ 2^ης τάξης                   Χ/100                 100μκρ\Κρ                             α

Τροφικό επίπεδο είναι το σύνολο των οργανισμών ενός οικοσυστήματος, διαφορετικών ειδών που έχουν τις ίδιες τροφικές συνήθειες.

Τροφική αλυσίδα σημαίνει ποιος τρώει ποιόν, ενώ τροφικό πλέγμα είναι άθροισμα από τροφικές αλυσίδες.

Το δίδαγμα είναι ότι στις αγροτικές καλλιέργειες (εντατικές ή εκτατικές) δεν χρησιμοποιούμε συνθετικά φυτοφάρμακα ή δεν ποτίζουμε με νερό που περιέχει βαρέα μέταλλα ή ραδιενεργά απόβλητα.

Με τα  επόμενα παραδείγματα θα κατανοήσουμε πλήρως , γιατί οι άνθρωποι, πρέπει να είμαστε κυρίως καταναλωτές πρώτης τάξης, και το πώς προκαλείται η βιοσυσσώρευση από τις διάφορες δραστηριότητες του ανθρώπου, από τη δημιουργία των διαφόρων τοξικών ουσιών.

ΠΡΩΤΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ. Γιατί πρέπει οι  άνθρωποι , να είμαστε κυρίως χορτοφάγοι και όχι σαρκοφάγοι.

Σε ένα κλειστό νησί ζουν 5000 άνθρωποι που είναι κατά 70% φυτοφάγοι και κατά 30% καταναλωτές δεύτερης τάξης(σαρκοφάγοι).

Πόσους ανθρώπους μπορεί να συντηρήσει το νησί αν οι άνθρωποι ήταν αποκλειστικά χορτοφάγοι (καταναλωτές πρώτης τάξης) και πόσους αν ήταν καταναλωτές δεύτερης τάξης.

ΛΥΣΗ

Θα λύσουμε το πρόβλημα κάνοντας τη χρήση της βιομάζας. Έστω Χ η βιομάζα των 5000 ανθρώπων. Το 0,7Χ της βιομάζας είναι καταναλωτές πρώτης τάξης και το 0,3Χ  της βιομάζας είναι καταναλωτές δεύτερης τάξης.

Η βιομάζα που αντιστοιχεί στους παραγωγούς(αυτότροφους οργανισμούς) για κάθε περίπτωση είναι:

0,7Χ=0,7Χ.10=7Χ

 και 0,3Χ=0,3Χ.10.10=33Χ.

 Η συνολική βιομάζα των παραγωγών (φυτών) είναι 7Χ+33Χ=40 Χ.

Στο αμέσως επόμενο τροφικό επίπεδο η βιομάζα που μεταφέρεται είναι το 10%, δηλαδή θα είναι 0,1.40Χ= 4χ.

Με βάση τα αριθμητικά δεδομένα αφού σε βιομάζα Χ αντιστοιχούν 5000 άτομα, σε βιομάζα 4Χ θα αντιστοιχούν 4.5000=20000 άτομα.

Διαπιστώνουμε ότι αν όλοι οι άνθρωποι ήταν φυτοφάγοι, δηλαδή καταναλωτές πρώτης τάξης, το νησί θα μπορούσε να θρέψει 4πλάσιο πληθυσμό.

Αν όμως όλοι οι άνθρωποι ήταν σαρκοφάγοι, δηλαδή καταναλωτές δεύτερης τάξης τότε η βιομάζα θα ήταν 0,4Χ, γιατί στο κάθε επόμενο τροφικό επίπεδο μεταφέρεται το 10%,της βιομάζας, του προηγούμενου τροφικού επιπέδου.

Με βάση τα αριθμητικά δεδομένα θα αντιστοιχούν 0,4.5000=2000 άτομα, δηλαδή  κάτω και από τα μισά άτομα. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί  και με τον αριθμό των ατόμων, από καταναλωτές  πρώτης τάξης, σε καταναλωτές δεύτερης τάξης δηλαδή, το 10% του 20000 είναι 2000.

Συμπερασματικά σε μια διαδικασία της ροής βιομάζας κατά περίπτωση έχουμε.

1.       Φυτοφάγοι(καταναλωτές πρώτης τάξης)= 20000 άνθρωποι.

2.       Σαρκοφάγοι (καταναλωτές δεύτερης τάξης)=2000 άνθρωποι.

3.       Φυτοφάγοι κατά 70% και σαρκοφάγοι κατά 30% = 5000 άνθρωποι.

Διαπιστώνουμε τη μεγάλη σημασία της οικονομίας σε βιομάζα, όταν ο άνθρωπος είναι καταναλωτής πρώτης τάξης.

ΔΕΥΤΕΡΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Σε μια κλειστή χορτολειβαδική έκταση 5000 στρεμμάτων τρέφονται αποκλειστικά αγελάδες και ταύροι και τα μικρά  τους  νεογέννητα μοσχαράκια. Οι αγελάδες είναι 45, οι ταύροι 5 και τα νεογέννητα μοσχαράκια είναι 40. Το βάρος των νεογέννητων είναι 10 Kgr και  τρέφονται αποκλειστικά από το μητρικό τους γάλα κατά 90% και κατά 10% από τριφύλλι.   Φθάνουν το καθένα  60 Kgr,  σε 6 μήνες. Οι ταύροι και οι αγελάδες για να συντηρηθούν χρειάζονται ημερησίως 20 Κgr τριφύλλι.

 Για να αυξηθεί η φυτική παραγωγή, ο παραγωγός χρησιμοποιεί φυτοφάρμακο το οποίο ραντίζει για την καταπολέμηση των παρασίτων του τριφυλλιού, το οποίο απορροφούν κατά 100%,  τη χρονική περίοδο που γέννησαν οι αγελάδες τα μοσχαράκια.

 Το τριφύλλι τρώγεται 100%,αποκλειστικά και από τις τρεις κατηγορίες ζώων, είναι, και το  ποσό του φυτοφαρμάκου ήταν 10 Κgr.

 Ζητούνται:

1.Η παραγωγικότητα των 5000 στρεμμάτων;

2.Η συγκέντρωση του φυτοφαρμάκου στα φυτά και τα ζώα;

3.Το ποσό του τριφυλλιού που έφαγαν μόνο οι αγελάδες;

4.Τη συγκέντρωση του φυτοφαρμάκου στη βιομάζα του αγρότη που ζυγίζει 80 χιλιόγραμμα , όταν για τις ενεργειακές του ανάγκες, κατανάλωσε ένα μοσχαράκι.

ΛΥΣΗ

1.Για να βρούμε την παραγωγικότητα του οικοσυστήματος, πρέπει να υπολογίσουμε στους 6 μήνες, τι ποσότητες τριφυλλιού, καταναλώνουν τα 3 είδη ζώων.

Οι αγελάδες και οι ταύροι είναι καταναλωτές πρώτης τάξης, ενώ τα μοσχαράκια είναι καταναλωτές πρώτης και δεύτερης τάξης, επειδή τρέφονται με τριφύλλι και μητρικό γάλα.

Με βάση τα δεδομένα του προβλήματος υπολογίζουμε την ποσότητα του τριφυλλιού στους 6 μήνες.

50.20.6.180=1080000kgr τριφύλλι. (1)

Τα μοσχαράκια, στους 6 μήνες, αυξάνουν τη μάζα τους κατά 50 Κgr και τρέφονται κατά 90% με μητρικό γάλα και κατά 10% με τριφύλλι.

Η βιομάζα στα μοσχαράκια είναι 40.50=2000Κgr. Τα 1800kgr (90%) είναι από την κατανάλωση μητρικού γάλακτος, και τα 200 Κgr είναι από την κατανάλωση του τριφυλλιού.

Οι ποσότητες αυτές αντιστοιχούν σε τριφύλλι 6 μηνών:

1800.100.6.180=19.440.000 Κgr τριφύλλι

200.10.6.180=2160000 Κgr τριφύλλι

Σύνολο=21.260.000Κgr τριφύλλι  (2)

Συνολική ποσότητα τριφυλλιού και από τα 3 είδη ζώων= (1)+(2)=22.340.000 Κgr τριφύλλι.

Η παραγωγικότητα είναι  τα Κgr τριφυλλιού ανά τετραγωνικό μέτρο, ανά έτος.

Επειδή η παραγωγικότητα έχει υπολογιστεί στους  6 μήνες, η συνολική παραπάνω ποσότητα θα πολλαπλασιαστεί επί 2, γιατί οι 6 μήνες είναι μισός χρόνος=44.680.000 Κgr τριφύλλι.

Τα 5000 στρέμματα είναι 5000.1000=5.000.000 τετραγωνικά μέτρα, επειδή το στρέμμα είναι 1000 τετραγωνικά μέτρα.

Για να βρούμε την παραγωγικότητα των 5000 στρεμμάτων ,θα διαιρέσουμε το συνολικό ποσό του τριφυλλιού, με τα αντίστοιχα στρέμματα.

Παραγωγικότητα=44.680.000/5.000.000 =8,936Κgr/m2.έτος.

2.Υπολογισμός της συγκέντρωσης του φυτοφαρμάκου στα φυτά και στα ζώα.

Η συγκέντρωση του φυτοφάρμακου στα φυτά είναι=10Κgr/22.340.000 Kgr και στα ζώα=10Κgr/2.234.000.

3.Για να βρούμε το ποσό του τριφυλλιού που κατανάλωσαν οι αγελάδες σε 6 μήνες, θα πρέπει να υπολογίσουμε το ποσό που καταναλώνουν για τη διατροφή τος και το ποσό που μετατρέπεται σε γάλα με το οποίο τρέφονται τα μοσχαράκια.

Τριφύλλι που καταναλώνουν για τις ενεργειακές τους ανάγκες=45.20.6.180=972.000Κgr.+το ποσό που μετατρέπεται σε γάλα και τρέφονται τα μοσχαράκια ,το οποίο είναι 19.440.000=20.412.000Κgr.

4.Για να βρούμε τη συγκέντρωση του φυτοφάρμακου, στη βιομάζα του αγρότη που έχει τη φάρμα, θα πρέπει να βρούμε την ποσότητα του φυτοφάρμακου, που περιέχεται στη βιομάζα του ενός μοσχαριού που κατανάλωσε ο αγρότης για τις ενεργειακές του ανάγκες.

Πρώτα θα υπολογίσουμε την ποσότητα του φυτοφάρμακου που υπάρχει στο τριφύλλι που κατανάλωσαν τα μοσχάρια άμεσα και έμμεσα, από το γάλα.  

Στα 22.340.000 χιλιόγραμμα  τριφυλλιού υπάρχουν 10 χιλιόγραμμα φυτοφάρμακου

Στα 21.260.000   …………                                                      ;

Χ=9,5 χιλιόγραμμα φυτοφάρμακου στο σύνολο του τριφυλλιού που κατανάλωσαν τα 40 μοσχαράκια.

Επομένως το κάθε μοσχαράκι έχει ποσότητα φυτοφάρμακου=9,5/40=0,23 χιλιόγραμμα.

Επειδή το φυτοφάρμακο δεν μεταβολίζεται, αποικοδομείται, αποβάλλεται, τα 0,23 χιλιόγραμμα φυτοφάρμακου παραμένουν στον οργανισμό του αγρότη που έχει τη φάρμα, και η συγκεντρωσή του είναι ο,23χιλιόγραμμα/80 χιλιόγραμμα. 

ΤΡΙΤΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Μοσχαράκι γεννήθηκε 20 κιλά και σε 6 μήνες με θηλασμό έφτασε 70 κιλά. Στο ένα κιλό βιομάζα του, βρέθηκαν 100 μικρογραμμάρια μη βιοδιασπώμενης ουσίας.

Ζητούνται.

1.Πόσο χορτάρι κατανάλωσε η αγελάδα, από τη στιγμή που γέννησε το μοσχάρι;

2.Ποια η παραγωγικότητα του χωραφιού, όταν έχει έκταση 10 στρέμματα;

3.Ποια η ποσότητα του φυτοφάρμακου που ράντισε ο αγρότης, στα φυτά, που τρέφεται η αγελάδα ,από το χορτάρι αυτό 100%;

ΛΥΣΗ.

Το μοσχαράκι από 20 κιλά, έφτασε από θηλασμό 70 κιλά, δηλαδή αύξησε τη βιομάζα του 50 κιλά.

Η τροφική αλυσίδα είναι: χορτάρι, αγελάδα, μοσχάρι.

 Με βάση τη ροή της ενέργειας ισχύει ο νόμος του δεκάτου.

Αφού το μοσχάρι έφτασε 50 κιλά, και είναι καταναλωτής δεύτερης τάξης, γιατί τρέφεται από το γάλα της μητέρας του, η αγελάδα σαν καταναλωτής πρώτης τάξης φαινομενικά αποθήκευσε 500 κιλά, και τα φυτά που καταναλώθηκαν είναι 5000 κιλά χορτάρι. 

2.Σε 6 μήνες τα 10 στρέμματα έκανα παραγωγή 5000 κιλά χορτάρι, άρα στο χρόνο θα παράγουν 10.000  χορτάρι. Τα 10 στρέμματα είναι 10.000 τετραγωνικά μέτρα. Η παραγωγικότητα θα είναι 1 χιλιόγραμμα/ανά τετραγωνικό μέτρο. έτος.

3.Για να υπολογίσουμε την ποσότητα του φυτοφάρμακου που ράντισε ο αγρότης τα φυτά και τα οποία το απορρόφησαν κατά 100%, αρκεί να υπολογιστεί η ποσότητα του φυτοφάρμακου που υπάρχει στη βιομάζα του μοσχαριού.

Αφού η συγκέντρωση του φυτοφάρμακου είναι 100 μικρογραμμάρια, ανά χιλιόγραμμο βιομάζας στο μοσχαράκι, η ποσότητα της μη βιοδιασπώμενης ουσίας είναι=100.70=7000 μικρογραμμάρια.

 Επειδή η ποσότητα  της μη βιοδιασπώμενης ουσίας παραμένει σταθερή, όταν μεταφέρεται  από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο, τόση θα είναι και η ποσότητα του φυτοφάρμακου που ράντισε ο αγρότης τα φυτά, δηλαδή ίση με 7000 μικρογραμμάρια.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΠΕΜΠΤΟ

Μία τροφική αλυσίδα έχει 4 τροφικά επίπεδα και η συνολική βιομάζα είναι 2222 χιλιόγραμμα. Ποια θα είναι η συνολική βιομάζα  κάθε τροφικού επιπέδου;

ΛΥΣΗ

Έστω Ε1= Η συνολική ενέργεια των παραγωγών (φυτών) (1). Με βάση το νόμο του δεκάτου θα ισχύουν τα παρακάτω.

Ε2=Ε1/10 (2)

Ε3=Ε2/10 (3)

Ε4=Ε3/10 (4)

Ε1+Ε2+Ε3+Ε4=2222 (5).

Από τις σχέσεις 1,2,3,4,5 προκύπτει Ε4=2Χιλιόγραμμα, Ε3=20 Χιλιόγραμμα, Ε2=200 Χιλιόγραμμα και Ε1=2000 Χιλιόγραμμα