Трансформация солнечной энергии в экосистемах биосферы. Первичная продуктивность

Энергия поступает в живую составляющую экосистемы через продуценты. Скорость накопления энергии продуцентами в форме органического вещества, которое может быть использовано в пищу, называется первичной продукцией. Этим показателем определяется общий поток энергии через живую составляющую экосистемы, а значит, и количество (биомасса) живых организмов, которые могут существовать за ее счет в экосистеме.

В первичной продуктивности различают валовую и чистую продуктивность. Валовая первичная продуктивность – это скорость, с которой растения накапливают химическую энергию при фотосинтезе. Часть ее – около 20 % – они тратят на дыхание – поддержание собственной жизнедеятельности, которая затем в виде теплоты выделяется в окружающую среду и теряется для экосистемы. Скорость накопления органического вещества продуцентами за вычетом расхода на дыхание называется чистой первичной продуктивностью. Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней.

Трансформация солнечной энергии в экосистемах биосферы. Вторичная продуктивность.

Вторичная продуктивность – это скорость накопления энергии на уровне консументов. Вторичную продукцию не подразделяют на валовую и чистую, так как консументы только потребляют энергию, усвоенную продуцентами, часть её не ассимилируется, часть идёт на дыхание, а остаток идёт в биомассу, поэтому более корректно называть её вторичной ассимиляцией, чем больше в экосистеме потребителей (консументов), тем более полно перерабатывается энергия, первоначально зафиксированная продуцентами в пластических веществах. В климаксных сообществах, где разнообразие для данного региона обычно максимально, такая схема переработки энергии позволяет сообществам устойчиво функционировать на протяжении длительного времени.

Пищевые цепи в экосистемах биосферы их классификация и энергетика.

Ввиду неизбежных потерь энергии, происходящих при ее передвижении по пищевым цепям, любая пищевая цепь должна характеризоваться уменьшением свободной энергии на каждом вышестоящем уровне. Метаболизм любого сообщества обусловлен этой необходимостью. Показатели энергии и биомассы, распространенных по трофическим уровням, имеют вид пирамид с основанием в начале пищевых цепей. Экологические пирамиды отражают 2 фундаментальные характеристики любой экосистемы: их высота пропорциональна длине (числу трофических уровней), их форма отражает эффективность превращения энергии при переходе с одного уровня на другой.

Пирамида чисел: наиболее простое приближение к изучению трофической структуры экосистем. Не всегда соблюдается правило растения>фитофаги>хищники. В травянистых сообществах (степь/прерия) на 1 га: 5842424 растений – 708624 насекомых-фитофагов- 354904 хищных насекомых – 3 суперхищника (птицы). В лесу 2000 растений – 1500000 фитофагов – 1200000 хищных насекомых и 20 птиц.

Пирамида чисел неадекватно отражает трофические связи и энергетические потоки в экосистеме, т.к. не учитывает массу/размеры продуцентов.

Пирамида биомассы – показывает биомассу на каждом уровне цепи. На 1 км³ в степи 809 г/м продуценты, 37 г/м фитофаги, 11 г/м хищники. 1,5 г/м суперхищники + 5г/м деструкторы. В море пирамида имеет перевернутый вид. 4г/м фитопланктон, 21 г/м зоопланктон. Перевернутость морских пирамид объясняется разной продуктивностью на разных трофических уровнях. Пирамида биомасс имеет недостаток: компоненты, имеющие разную энергетическую значимость, не разделены.

Наиболее полно отражают энергетику экосистемы энергетические пирамиды. Получено солнечной энергии 6,3х10¹⁰кал, продуцировано люцерной 1,49х10⁷кал, продуцировано телятины 1,19х10⁶кал. Продуцировано тканей организма человека 8х10³кал. Часть энергии в системе не распадается, а накапливается в виде органических соединений.

Пространственная и временная организованность биосферы.

По Вернадскому организованность биосферы заключается в том, что она представляет собой устойчивую равновесную динамическую систему. Организованность биосферы – организованность живого вещества – должна рассматриваться как равновесие, подвижное, все время колеблющееся в историческом и геологическом времени около точно выраженного среднего.

Организованность биосферы – единство и связь всех структурных элементов. Для биосферы характерна организованность на всех уровнях:

Термодинамический уровень – равновесие между тремя частями (тропосфера/гидросфера/литосфера).

Физический (агрегатный) – тесная связь, взаимодействие, переход друг в друга трех состояний вещества.

Химический – взаимодействие и равновесное состояние между химическими элементами и веществами биосферы.

Биологический – соотношение и равновесие в каждой из биосферных сред живых организмов разных трофических уровней.

Парагенетический – равновесие, динамика, взаимодействие всех типов вещества в биосфере.

Планетарный – равновесие и динамика на уровне биогеохимических круговоротов.