Лекция на тему: Обилие и трофо-энергетические показатели животных

Под обилием понимается совокупность количественных показателей, характеризующих заселенность организмами среды обитания.

Оно может быть выражено в количестве особей (численность), гнезд, колоний, в единицах сухого или сырого веса (биомасса), а также в других пропорциональных биомассе величинах (содержание углерода, азота). Обилие рассчитывается на единицы объема, площади, веса обитаемого субстрата или какой-либо его фракции, например органики. К этим показателям примыкают величины, отражающие энергетические потенции. Таковыми могут быть калорийность органического вещества, заключенного в совокупности учтенных животных, а также величины, характеризующие интенсивность суммарного метаболизма, что выражается в количестве потребленного кислорода в единицу времени на площадь или объем среды или в энергетических единицах.

Из показателей обилия в почвенной зоологии чаще всего применяется численность, которая обычно относится к 1 м², реже к 1 дм². В последнее время все шире стали использовать показатели массы. Надо иметь в виду, что термин «биомасса» используется в весьма различных смыслах. Чаще всего этим словом обозначают массу какой-либо совокупности организмов — одного или многих видов в единице объема или площади среды. В этом случае «био» обозначает лишь то, что это относится « организмам, и в принципе эта часть слова лишняя. Другой смысл этого понятия, который нам кажется более рациональным — это масса всех организмов, в отличие от «фитомассы», «зоомассы», массы микроорганизмов и т. д.

В ряде работ, посвященных математическим методам синэкологических исследований, неоднократно подчеркивалось, что для выявления объективных закономерностей соподчиненности структурных категорий сообществ, кроме численности, необходимо использовать показатели массы и энергетические характеристики. Между тем, в почвенно-зоологических исследованиях до сих пор многие авторы пытаются отразить соотношение разных групп организмов, в том числе и трофических звеньев, только в показателях численности. Это приводит к крайней формализации подобных анализов. Действительно, мы можем получить такие данные, когда число учтенных особей мелкого хищника значительно больше, чем более крупных видов, составляющих его пищу. Очевидно, такие данные могут иметь ценность как исходный материал. Для того чтобы выявить закономерные соотношения между обилием хищника и его жертвы мы должны использовать иные показатели, более эквивалентно отражающие зависимость этих групп организмов. То же относится к общим понятиям доминирования. А. М Гиляров (1965) показал закономерное обратное соотношение между предельной численностью и размерами почвенных животных Мелкие виды, естественно, могут быть представлены в единице объема среды большим числом особей. Именно это лежит в основе того, что ценотическая деятельность многих мелких и крупных форм вполне соизмерима. В связи с этим если мы используем понятие доминирования только на основе соотношения численностей, то оно становится крайне формальным. Даже в таких, казалось бы, одноразмерных группах, как коллемболы и клещи, различия в весе особей разных видов могут быть стократными.

Показатели массы несколько нивелируют. Эти различия и строже, чем численность, отражают соподчиненность различных групп организмов в сообществе. Показаны соотношения между численностью и массой, с одной стороны, и индексом разнообразия или дифференцированности рассчитанным по этим двум показателям для группировок коллембол. Как видим, закономерное (обратное) соотношение наблюдается только между суммарной массой и индексом разнообразия, рассчитанным по массе. При использовании численности никакой закономерности уловить невозможно.

В последнее время при анализе соотношений разных групп организмов в сообществе широко используются также показатели суммарного метаболизма, который выражается либо в единицах энергии, либо непосредственно в количестве потребляемого кислорода.

Нет основания придавать какому-либо одному из этих показателей (численности, массе, метаболизму) значение главного критерия всех форм ценотических отношений. Напротив, необходимо подчеркнуть специфичность каждого из них и признать, что плодотворный анализ сообществ возможен только при условии использования и сопоставления всех этих показателей, каждый из которых отражает строго определенный аспект биоценотических отношений. Изменение соотношения численности, массы и потенциальной интенсивности дыхания коллембол на разных стадиях зарастания голого грунта в пятнистой тундре. Соотношения этих показателей на разных стадиях сукцессии и элементах нанорельефа строго специфичны. Так, численность относительно высока уже на оголенном грунте пятен, но здесь преобладают мелкие формы, в связи с чем масса невелика. Далее, по мере зарастания пятен масса закономерно увеличивается и достигает максимума под сплошной и хорошо прогреваемой моховой дерниной валика в связи с увеличением численности крупных онихиурусов. Однако рассчитанная интенсивность дыхания наиболее высока на зарастающих пятнах, что определяется как большой долей мелких форм, так и лучшим прогревом не затененного моховой дерниной грунта. Только сопоставление всех трех показателей дает полное представление о закономерности сукцессионных изменений в комплексе коллембол данного сообщества.

Едва ли правомочен абстрактный термин «значимость» (организмов в сообществе), которую, по мнению ряда авторов, лучше всего отражают показатели метаболизма. Нет основания говорить о «роли», «значимости» и т. д. без четкого подразделения тех аспектов, к которым относятся исследуемые закономерности. Необходимо различать закономерности морфологии и трофо-динамических отношений — показатели «удельного веса» (доли) в совокупности морфологических частей и роль в трофо-динамических процессах, степень взаимодействия и коррелятивные соотношения. Энергетические показатели, безусловно, не могут быть эквивалентом всех форм биоценотических отношений. Они отражают прежде всего особенности продукционного процесса — последовательность и интенсивность расходования энергии в системе трофических уровней. Но тщетны были бы наши попытки выявить закономерные соотношения, например, между интенсивностью метаболизма и воздействием на почвообразовательный процесс или влиянием на рост кормового растения. В исследованиях морфологии животного населения суши, особенно почвенного яруса, по нашему мнению, большое значение имеет величина массы, которая достаточно четко отражает закономерности соотношения структурных частей животного населения. Вместе с тем масса служит исходным показателем для расчета энергетики.

В геоботанике не раз делались попытки заменить конкретные количественные показатели комплексными величинами, которые, якобы, более четко отражают «фитоценотическую значимость» видов. Для этой цели использовались произведение встречаемости на покрытие, встречаемости на вес и т. д. Попытки такой нивелировки и смешивание конкретных столь разнотипных показателей встретили ряд резких критических замечаний

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНОГО, ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПИТАТЕЛЬНОСТИ КОРМОВ

В настоящее время используются два основных метода оценки энергетической питательности кормов по продуктивному действию: контрольных животных и балансовый - путем определения баланса веществ и энергии.

Сущность метода контрольных животных: о продуктивном действии судят по количеству белка и жира, которые откладываются в теле животного под действием изучаемого корма. Для этого животных убивают и определяют в тушах содержание белка и жира. Опыты проводят следующим образом: отбирают две группы животных - аналогов, с каждой группы убивают по 2-3 головы и определяют в тушах содержание белка и жира. Затем контрольная группа получает основной рацион, а опытная - дополнительно изучаемый корм, например, 1 кг ячменя. В конце опыта убивают всех животных и определяют в тушах дополнительное количество белка и жира за счет 1 кг ячменя по разности между группами. Достоинства данного метода в его точности, а недостатки в том, что опыты громоздкие, требуют больших затрат, связаны с убоем животных. Неприменим этот метод на крупных, племенных животных. Поэтому чаще пользуются балансовым методом, когда о продуктивном действии корма судят по балансу веществ и энергии. 

Под балансом в кормлении понимают разницу между поступившими с кормами и выделенными из организма веществами или энергии. Чаще определяют баланс азота и углерода. По балансу азота судят об отложении в организме белка, по балансу углерода - об отложении жира. Баланс азота и углерода у растущих животных рассчитывают по формуле:

 

N отложений = N корма - N кала - N мочи

С отложений = С корма - С кала - С мочи - С углекислого - С выдыхаемого воздуха - С кишечных газов (метана)

 

Азот и углерод выделяются также с продукцией: с молоком у лактирующих животных, с яйцами – у несушек.

Баланс может быть положительным, когда поступает больше, чем выделяется. Отрицательным, когда, наоборот, поступает меньше, чем выделяется. И, нулевым, когда количество поступившего равно выделенному. Положительный баланс обычно бывает у растущих животных при достаточном обеспечении их кормами. Отрицательный баланс возникает при голодании животных, когда в организме разрушаются белки, жиры собственного тела, теряется живая масса. Нередко отрицательный баланс бывает у высокопродуктивных коров, особенно в период раздоя. Отрицательный баланс возможен также при неудовлетворительном качестве протеина - недостатке незаменимых аминокислот, при дефиците минеральных веществ, необходимых для нормального использования протеина.

Для учета газообразных выделений углерода требуется определение газообмена. С этой целью животных помещают в специальные респирационные установки.

Сущность опытов заключается в следующем.

В камеру, где находится животное, пропускают воздух. Из камеры воздух проходит через газовые часы, с помощью которых определяется его количество в литрах. Одновременно определяется содержание углекислого газа в воздухе, поступившем из камеры. Если известен состав наружного воздуха, состав и объем воздуха, вышедшего из камеры, то можно определить количество углекислого газа, выделенного животным и содержание углерода.

Более простым и дешевым является масочный метод определения газообмена. На голову животного надевают маску с резиновой манжетой, внутри которой имеются резиновые кольца. При надувании их воздухом манжета плотно прилегает к голове, не пропуская воздуха. В маске имеются клапаны для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Вдыхаемый воздух через нижний клапан попадает в легкие животного, а после выдоха - через верхние клапаны по гофрированным трубкам воздух поступает в газовые часы со счетчиком. Определяется и количество выделенного с выдыхаемым воздухом углекислого газа.

Опыты по определению баланса азота и углерода, как правило, дополняют изучением энергетического баланса, так как обмен веществ и энергии взаимосвязанные процессы.

Рассмотрим пример определения продуктивного действия 1 кг корма по балансу азота и углерода. Для этого вначале определяют отложение белка и жира у животного от основного рациона, затем дополнительное отложение этих веществ за счет добавки 1 кг изучаемого корма.

 

Азот Углерод

Принято с изучаемым кормом, г 49 501

Выделено, г:

в кале 19 198

в моче 9 122

в газах - 51

Всего выделено, г 28 371

Баланс, г +21 +130

 Для расчетов необходимо знать, что в белке мяса содержится 16,67 % азота и 52,54 % углерода, в жире содержание углерода составляет 76,5 %.

Результаты расчетов:

Количество отложенного белка: 126,0 г ; 100 г белка - 16,67 г N

 х г белка - 21 г N

Содержание углерода в белке: 66,2 г ; 100 г белка - 52,54 г С

126 г белка - х г С

Содержание углерода в жире: 63,8 г (130,0-66,2)

Количество отложенного жира: 83,4 г ; 100 г жира - 76,5 г С

х г жира - 63,8 г С

Итак, за счет 1 кг изучаемого корма в организме животного отложилось 126 г белка и 83,4 г жира. Чтобы найти общее (расчетное) жироотложение, надо приравнять по калорийности белок к жиру. В 1 г белка содержится 5,7 ккал, в 1 г жира - 9,5 ккал . Значит, если принять калорийность жира за 1, то калорийность белка составит 0,6 (5,7:9,5).

Отложенный белок в пересчете на жир: 75,6 г (126х0,6)

Общее (расчетное) жироотложение: 159 г (83,4+75,6)

Следовательно, продуктивное действие 1 кг изучаемого корма составляет по жироотложению 159 г.

Современные достижения биофизики позволяют применять новые методы в изучении превращений питательных веществ в животных организмах. Одним из них является метод меченых атомов. Метод основан на введении в организм с кормом, воздухом или водой изучаемых элементов в определенном соотношении с их радиоактивными изотопами. В конце опыта специальными приборами определяют концентрацию этих изотопов в органах, тканях, выделениях и других биологических объектах в зависимости от цели опыта. В расчетах принимают во внимание, что усвоение организмом изучаемых элементов происходит пропорционально усвоению их изотопов. Однако этот метод требует строжайшего соблюдения правил техники безопасности по работе с радиоактивными материалами.

Оценка энергетической питательности кормов. Способы оценки питательности кормов постоянно совершенствуются по мере накопления знаний об их составе, о физиологии питания животных. Впервые оценка питательности кормов в сравнительных единицах предложена немецким исследователем А. Теером в 1809 году. Он выразил годовую потребность в кормах коров в пересчете на сено: 1 кг картофеля, по мнению Теера, был эквивалентен 0,5 кг сена, 1 кг овса - 2 кг сена, 10 кг кормовой свеклы - 2 кг сена, 5 кг травы клевера - 1,0 кг сена. Всего на голову крупного рогатого скота требовалось 2500 кг условного сена. Позже учениками Теера введено понятие сенной эквивалент. В середине 19 века немецкие ученые Либих и Вольф предложили оценивать питательность кормов по валовому содержанию в них сырых питательных веществ. Затем Вольф опубликовал таблицы питательности кормов, где указывалось содержание в них не сырых, а переваримых питательных веществ. Оценка питательности по переваримым веществам была заимствована и другими странами, включая Россию.

Первый научно-обоснованный способ оценки питательности кормов по продуктивному действию в крахмальных эквивалентах предложил немецкий ученый Оскар Кельнер в 1907 году. Крахмальные эквиваленты лежат в основе и овсяной кормовой единицы, которая применяется в нашей стране. Поэтому остановимся подробнее на сущности предложенной Кельнером единицы питательности кормов.

В балансовых опытах на волах Кельнер изучал отложение белка и жира (жироотложение) от чистых переваренных питательных веществ, то есть, определял продуктивное действие протеина, жиров и углеводов. В качестве протеина он скармливал пшеничную клейковину, в качестве углеводов - крахмал, сахар, целлюлозу; жиров - эмульсию масла земляного ореха (арахиса). В начале изучалось жироотложение основного рациона. Затем, сверх основного рациона, дополнительно скармливались чистые питательные вещества. И по разности определялось жироотложение за счет этих веществ (показатели их продуктивного действия).

Источник: https://www.activestudy.info/obilie-i-trofo-energeticheskie-pokazateli-pochvennyx-zhivotnyx/ ©