Поток энергии через экосистему

Энергия в экологических системах

Организмы, живущие на земной поверхности подвергаются воздействию потока энергии, состоящего из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от близлежащих тел. Эти факторы определяют климат среды (температуру, объем испарения, движения воздуха, воды), но лишь малая часть солнечного излучения используется в фотосинтезе, обеспечивающим энергией живые компоненты.

Проходя из атмосферы, излучение ослабляется атмосферными газами и пылью и в летний день поверхности достигает 67% энергии. При чем степень этого ослабления зависит от длины волны (УФ поглощается практически полностью) и лучистая энергия, достигающая земли в летний день на 10% состоит из УФ, 45% - из видимого и 45% - из ИК излучения. Проходя через облачный покров, воду и растительность солнечный свет еще больше ослабляется.

Другой энергетический компонент среды – тепловое излучение от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Это почва, вода, живые организмы, облака, излучающие вниз, на экосистемы значительные количества тепловой энергии. Например, зимняя облачная ночь, теплее безоблачной. В отличии от строго направленного вниз излучения Солнца, потоки длинноволнового теплового излучения распространяются беспрестанно во всех направлениях, что может сглаживать колебания энергетических характеристик среды по времени суток (в глубоководных зонах океана, в пещерах, в глубине тропического леса).

 

Однако для продуктивности экосистемы и для круговорота биогенных элементов в ней важнее всего суммарное прямое солнечное излучение, попадающих на автотрофный ярус. Ежегодный приток энергии составляет около 1,1 – 1,5 млн ккал.м^-2 в год. При этом 30% - отражается, 46% - прямо превращается в тепло, 23% - испарение, осадки, 0,2% - ветер, волны, течение, 0,8% - фотосинтез.

Концепция продуктивности

Первичной продуктивностью экологической системы называют скорость, с которой лучистая энергия усваивается организмами продуцентами в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ. Выделяют:

1. Валовую первичную продуктивность (Р_G) – общая скорость фотосинтеза, включая те органические вещества, которые будут использованы для поддержания своего существования в процессе дыхания.

2. Чистую первичную продуктивность (Р_N) – объём накопления органического вещества, за вычетом трат на дыхание (чистая ассимиляция), который расходуется только на рост и развитие организма.

3. Чистая продуктивность сообщества – объем накопления органики, не потребляемой гетеротрофами (т.е. чистая первичная продуктивность – потребление гетеротрофами).

4. вторичная продуктивность – объем накопления энергии на уровне консументов (валовая и чистая (минус дыхание)).

 

При самых благоприятных условиях в валовую первичную продукцию может превратиться лишь 10% общего дневного поступления солнечной энергии и за сутки до 75-80% валовой продукции может перейти в чистую первичную продукцию (в среднем для биосферы эти показатели 0,4 и 50%).

 

В естественных условиях доля валовой первичной продукции, переходящей в чистую первичную продукцию зависит в первую очередь от внешних условий, например температура. Так, в жарком климате растение тратит больше энергии на дыхание.

Поэтому наибольшая валовая продукция наблюдается в естественных сообществах, получающих добавочную энергию от природных её источников (приливов, ветра, дождя, испарения).

 

Если оценить мировое распределение первичной продукции, то на долю морских экосистем (с общей площадью – 362,4 х 10⁶ км² ) приходится 43,6% общей валовой продуктивности, на долю наземных (площадь – 135 х 10⁶ км² ) - 57,4%.

 

Экосистемы	Биомасса, т/га	Продукция, т/га в год
Пустыни Центральные зоны океана Полярные моря Тундра Степи Агроценозы Саванна Тайга Лиственный лес Влажный тропический лес Коралловый риф	0,1—0,5 0,2—1,5 1—7 1—8 5—12 — 8—20 70—150 100—250 500—1500 15—50	0,1—0,5 0,5—2,5 3—6 1—4 3—8 3—10 4—15 5—10 10—30 25—60 50—120

 

1 – пустыня (менее 0,5х10³ ккал/м² в год); 2 – луга, пастбища, степи, глубокие озера, горные леса (менее 0,5 – 3,0 х10³ ккал/м² в год); 3 – влажные леса, луга, мелководные озера, агроэкосистемы (менее 3-10х10³ ккал/м² в год); 4- эстуарии, коралловые рифы, агрокомплексы при введении дополнительной энергии (менее 10 - 25х10³ ккал/м² в год); 5 – воды континентального шельфа (менее 0,5 – 3,0х10³ ккал/м² в год); 6 – океаническая область (менее 1,0х10³ ккал/м² в год).

Поток энергии через экосистему

перенос энергии пищи от её источника – автотрофов (растений) через ряд организмов путем поедания – пищевая цепь. При каждом очередном переносе большая часть (80-90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней считаются принадлежащими к одному трофическому уровню: 1 троф.уров. – продуценты (зел.растения)

2 троф.уров. – первичные консументы (травоядные)

3 троф.уров. – вторичные консументы (первичные хищники)

4 троф.уров. – третичные консументы (вторичные хищники)

поток энергии через любой компонент экосистемы (отдельное растение, животное или вся трофическая группа) можно представить в виде универсальной модели.

Она может принимать различные формы: G – рост (увеличение биомассы), E – ассимилированное вещество, выделяемое с экскрементами или экскретируемое, S – запас (например, жировые отложения, которые могут быть использованы позже), накопленная энергия.

Важное экологическое значение имеют отношения P\R и B\R. В целом часть энергии, идущая на дыхание, т.е. на поддержание структуры, велика в популяциях крупных организмов (люди), в сообществах с большой биомассой на корню и возрастает при стрессовых воздействиях. Напротив, величина P велика в активных популяциях мелких организмов (например, бактерий или водорослей), в молодых, быстро растущих сообществах и системах, получающих энергетические дотации.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: