Закон Линдемана о трофической эффективности гласит, что эффективность передачи энергии от одного трофического уровня на другой составляет около десяти процентов.

Согласно закону, во время передачи органических продуктов питания от одного трофического уровня на другой, только около десяти процентов органического вещества сохранятся в виде плоти. Остальная энергия теряется при передаче или расщепляются при дыхании.

Растения используют лишь около 1 - 3% от доступной солнечной радиации, включенной в продукты фотосинтеза для первичной продукции, и могут хранить только 10% использованной энергии как чистую продукцию, доступную для травоядных животных. Когда растения поедаются животными, около 10% энергии фиксируется в плоти животных, которая доступна для следующих трофических уровней (плотоядные). Когда хищник потребляет то животное, только около 10% энергии фиксируется в плоти для более высокого уровня. Таким образом, на каждой передаче 80-90% потенциальной энергии рассеивается в виде тепла (второе начало термодинамики), где только 10-20% энергии доступны для следующих трофических уровней. В среднем, считается, что экологическая эффективность около 10%. На самом деле, количество энергии, передаваемой от одного трофического уровня на другой, варьируются от 0,1% до более 20%.

Так как экологическая эффективность настолько мала, каждый трофический уровень последовательно меньше энергии бассейн, из которого он может снять энергии. Это означает, что меньше энергии, можно получить на уровне травоядных, чем на первичном уровне продуцентов, еще менее на уровне хищника, и так далее. Именно поэтому пищевые сети имеют не более 4-5-6 трофических уровней. Кроме того, нет достаточного количества энергии для поддержания хищников более высокого порядка.

Эффективность фотосинтезаДаже в наиболее продуктивных экосистемых, растения потребляют только 1-3% энергии солнечного света. Первая оценка эффективности фотосинтеза была произведена Transeau (1926). Он рассчитал эффективность, с которой поле кукурузы превращает солнечную энергию света в энергию, запасенную в глюкозе:

Эффективность фотосинтеза= Валовая энергия, производимая при фотосинтезе/ Валовая энергия, попадающая на поле.

где Валовая энергия, произведенная в процессе фотосинтеза = Чистая первичная продуктивность (ЧПП) + Дыхание Чистая первичная продуктивность (NPP) = сухая масса собранных растений кукурузы

Итак, зная массу собраной кукурузы, количество энергии потраченной на дыхание , общее количество солнечного света, падающего на поле, можно рассчитать эффективность фотосинтеза.

Биомасса — это количество живого вещества (в единицах массы), приходящаяся наединицу площади или объема (т/м кв, г/м кв). Биомасса может быть также выражена в энергетических единицах, содержащихся в соответствующей единицы массы живого вещества (в джоулях). В зависимости от происхождения различают фито- , зоо-и бактериомасу.

Продуктивность экосистем— это количество органического вещества (в единицах массы или энергии), производимой с единицы поверхности за единицу времени. Например, производительность тропического леса — кг/м кв в год и т.д.

Первичная продуктивность(или продукция) — это биомасса или энергия, созданная продуцентами в единицу времени на единицу пространства.

Валовая первичная продуктивность(ВПП) — скорость, с которой солнечная энергия превращается продуцентами на органическое соединение во время фотосинтеза (ее выражают в кал/м кв в час), и чистая первичная продуктивность(ЧПП) — энергия, которая идет на прирост или поглощается деструктором:

Валовая первичная продуктивность (ВПП)= Чистая первичная продуктивность (ЧПП) + Дыхание (Д)

Чистая первичная продуктивность (ЧПП)= Валовая первичная продуктивность (ВПП) – (Дыхание) Д,

где ВПП — валовая первичная продуктивность; ЧПП — чистая первичная продуктивность; Д — энергия дыхания.

Валовая первичная продуктивность (ВПП) — это энергия, фиксированная в процессе фотосинтеза, а чистая первичная продуктивность (ЧПП) — скорость прироста биомассы, которая может быть усвоена гетеротрофными организмами. Это количество энергии, оставшийся после того, как автотроф выполнил свои собственные потребности в энергии, или, точнее, скорость фотосинтеза минус скорость клеточного дыхания. В тропических лесах на дыхание идет 70-80% энергии, в лесах умеренной зоны — 50-75% (Одум, 1989). Вторичная производительность(или вторичная продукция) — общее количество органического вещества, которая произведена всеми гетеротрофами на единицу площади за единицу времени. Вторичная производительность также делится на валовую и чистую.

Вторичная продуктивность- скорость, с которой консумеры в экосистеме преобразуют энергию и вещества, которые они потребляют в свою биомассу.

Производительность- скорость получения новой биомассы, а не общей биомассы в экосистеме. Пирамиды продуктивностиЕсть несколько способов взглянуть на продуктивность с точки зрения энергетической пирамиды. Они показывают значение потерь энергии с одного трофического уровня к другому, или уменьшения передачи энергии. Некоторые образцы пирамиды: пирамиды производительности, пирамида биомассы и пирамиды чисел. Пирамида продуктивностиявляется одним из основных методов, чтобы показать взаимодействие организмов на разных трофических уровнях. Она описывает эффективность передачи энергии и продуктивность пищевой цепи (закон 10% энергии)

Пирамида биомассыпоказывает общую биомассу на каждом трофическом уровне (продуценты-травоядные-хищники т.д.). Пирамида биомассы энергетически отличается от пирамиды продуктивности.

Пирамида чиселотносится к распространению видов на каждом трофическом уровне. Она может быть прямой (трава-грызун-сова) и перевернутой (пауки-жуки). В некоторых экосистемах, пирамиды чисел могут быть перевернуты по отношению к пирамидам продуктивности. Есть огромные различия в продуктивность в различных биомах. Температура, осадки, интенсивность света, наличие или отсутствие питательных веществ, все эти факторы влияют на продуктивность.

Глоссарий

Первый закон термодинамики

Второй закон термодинамики

Фотосинтез

Клеточное дыхание

Трофические уровни

Пищевые цепи и сети

Закона Линдемана о 10% энергии

Эффективность фотосинтеза

Продуктивность

Биомасса

Валовая первичная продуктивность