Энергетика и продукция экосистемы. Основным (и практически единственным) источником энергии в экосистеме является
Основным (и практически единственным) источником энергии в экосистеме является солнечный свет, который трансформируется в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии деградирует, проходит через систему покидает её в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток).
Следует отметить, что только около 2 % поступающей на поверхность земли энергии усваивается автотрофными организмами, большая часть (до 98%) рассеивается в виде тепловой энергии.
Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно цепь энергетическая, т. е. последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям.
Организмы-потребители (консументы), питаясь органическим веществом продуцентов, получают от них энергию, частично идущую на построение собственного органического вещества и связывающуюся в молекулах соответствующих химических соединений, а частично расходующуюся на дыхание, теплоотдачу, выполнение движений в процессе поиска пищи, ускользания от врагов и т. п.
Таким образом, в экосистеме имеет место непрерывный поток энергии, заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеиванием энергии на каждом последующем звене, т. е. с ее потерями и возрастанием энтропии. Понятно, что это рассеивание все время компенсируется поступлением энергии от Солнца.
Экологические пирамиды
Трофическую структуру можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид.
Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.
Известны три основных типа экологических пирамид:
- пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона);
- пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества;
- пирамида энергии, имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных трофических уровнях.
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.).
Рис. 5. Упрощенная схема пирамиды Элтона
Рис.7. Пиpамида пеpедачи энеpгии по пищевой цепи
Виды экосистем
Существует несколько классификаций экосистем.
Экосистемы по характеру происхождения:
- природные (болото, луг);
- искусственные (пашня, сад, космический корабль).
Экосистемы по размерам:
- микроэкосистемы (например, ствол упавшего дерева или поляна в лесу);
- мезоэкосистемы (лесной массив или степной колок);
- макроэкосистемы (тайга, море);
- экосистемы глобального уровня (планеты Земля).
Экосистемы по типу источника энергии:
- движимые Солнцем, малосубсидируемые – получают энергию практически только от Солнца и имеют низкую продуктивность (открытые океаны, высокогорные леса);
- движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками – экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться (заливы, дождевые леса);
- движимые Солнцем и субсидируемые человеком – наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде орошения, удобрения (поля зерновых и т.п.);
- движимые топливом (индустриально-городские экосистемы) – высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию, а пища привозится извне (города, мегаполисы).
Лекция 4. Динамические процессы в экосистемах