Продукция в экосистемах, Поток энергии в экосистемах - Продукция и энергия в экосистемах
Продукция в экосистемах - это биомасса, произведенная экосистемой. Различают: общую первичную продукцию (брутто-продукция) - суммарное количество органические вещества и энергии, фиксируемое всеми автотрофами экосистемы; чистую первичную продукцию (нетто-продукция) - то же, за вычетом веществ, истраченных на дыхание автотрофами; вторичную продукцию - количество органические вещества, продуцируемого консументами (фитотрофами и зоотрофами); чистую вторичную продукцию - то же, за вычетом веществ, использованных на дыхание консументами; запас продукции - количество биомассы, накопленной организмами в сообществе.
С хозяйственной точки зрения различают общую продукцию в виде ценного органические вещества, полезную продукцию т запас полезной продукции Экологический энциклопедический словарь.
-- Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И. И. Дедю. 1989.).
Поток энергии в экосистемах
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. В конечном счете вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений.
Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т. е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах - это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть.
Организмы любого вида являются потенциальной пищей многих других видов. Врагами тлей, например, служат личинки и жуки божьих коровок, личинки мух-сирфид, пауки, насекомоядные птицы и многие другие. За счет дубов в широколиственных лесах могут жить несколько сотен форм различных членистоногих, фитонематод, паразитических грибков и т. п. Хищники обычно легко переключаются с одного вида жертв на другой, а многие, кроме животной пищи, способны потреблять в некотором количестве и растительную.
Таким образом, трофические сети в биоценозах очень сложные и создается впечатление, что энергия, поступившая в них, может долго мигрировать от одного организма к другому.
На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленной зелеными растениями, короток. Она может передаваться не более чем через 4-6 звеньев ряда, состоящего из последовательно питающихся друг другом организмов. Такие ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют Цепями питания .
Место каждого звена в цепи питания называют Трофическим уровнем. Первый трофический уровень - это всегда продуценты, создатели органической массы; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, - к третьему; потребляющие других плотоядных - соответственно к четвертому и т. д.
Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания. Естественно, что основную роль при этом играет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевые цепи на разных трофических уровнях.
Так, например, человек, в рацион которого входит как растительная пища, так и мясо травоядных и плотоядных животных, выступает в разных пищевых цепях в качестве консумента первого, второго и третьего порядков. Виды, специализированные на растительной пище, например тли, зайцеобразные, копытные, всегда являются вторым звеном в цепях питания.
Энергетический баланс консументов складывается следующим образом. Поглощенная пища обычно усваивается не полностью. Неусвоенная часть вновь возвращается во внешнюю среду (в виде экскрементов) и в дальнейшем может быть вовлечена в другие цепи питания.
Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животных усвояемость пищевых материалов варьирует от 12-20 % (некоторые сапрофаги) до 75 % и более (плотоядные виды). Ассимилированная организмом пища вместе с запасом в ней энергии расходуется двояким образом.
Большая часть энергии используется на поддержание рабочих процессов в клетках, а продукты расщепления подлежат удалению из организма в составе экскретов (мочи, пота, выделений различных желез) и углекислого газа, образующегося при дыхании. Энергетические затраты на поддержание всех метаболических процессов условно называют Тратой на дыхание, Так как общие их масштабы можно оценить, учитывая выделение СО2 организмом. Меньшая часть усвоенной пищи трансформируется в ткани самого организма, т. е. идет на рост или откладывание запасных питательных веществ, увеличение массы тела. Эти отношения сокращенно можно выразить формулой:
Р = П + Д + Н,
Где Р - рацион консумента, т. е. количество пищи, съедаемой им за определенный период времени; П - продукция, т. е. траты на рост; Д - траты на дыхание, т. е. поддержание обмена веществ за тот же период; Н - энергия неусвоенной пищи, выделенной в виде экскрементов.
Передача энергии в химических реакциях в организме происходит, согласно второму закону термодинамики, с потерей части ее в виде тепла. Особенно велики эти потери при работе мышечных клеток животных, КПД которых очень низок. В конечном счете вся энергия, использованная на метаболизм, переходит в тепловую и рассеивается в окружающем пространстве.
Траты на дыхание во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы самого организма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития и физиологического состояния особей. У молодых траты на рост могут достигать значительных величин, тогда как взрослые используют энергию пищи почти исключительно на поддержание обмена веществ и созревание половых продуктов. Интенсивность питания снижается с возрастом. Так, ежесуточный рацион карпов массой от 5 до 15 г составляет почти 1/4 от массы их тела, у более крупных особей - от 150 до 450 г - всего 1/10, а у рыб массой 500-800 г - 1/16.
Коэффициент использования потребленной пищи на рост (К) рассчитывают как отношение продукции к рациону:
Где П - траты на рост, Р - количество пищи, съеденной за тот же период.
Двупарноногие многоножки кивсяки в период роста, который продолжается до трех лет, тратят на рост от 6 до 25 % съеденной пищи при усвояемости в среднем 30 %. В последующем их масса стабилизируется. Кивсяки живут до 12 лет. В умеренном поясе они активны 4-5 месяцев в году. Особь, масса которой во взрослом состоянии 0,5 г, за свою жизнь потребляет 250-300 г опада (80-90 г абсолютно сухой массы). Так как кивсяки многократно линяют, часть усвоенной энергии идет на восстановление покровов. Таким образом, отношение съеденного в течение жизни корма к массе взрослого животного составляет 500-600: 1.
У такого гетеротермного животного, как малый суслик, который активен всего 2-2,5 месяца в году, это соотношение всего около 150: 1. Средний рацион суслика 30 г сухой массы растений (или в среднем 100 г сырой) при массе зверька 200 г и продолжительности жизни 4 года. Постоянно активным в течение года рыжим полевкам нужно гораздо больше энергии для поддержания жизнедеятельности. Взрослые зверьки массой 20 г съедают в среднем до 4 г сухого корма в день. При продолжительности жизни примерно в 24 месяца затрата кормов на жизнь одной особи составляет примерно 30 кг в сырой массе, что приблизительно в 1500 раз больше массы взрослого животного.
Таким образом, основная часть потребляемой с пищей энергии идет у животных на поддержание их жизнедеятельности и лишь сравнительно небольшая - на построение тела, рост и размножение. Иными словами, большая часть энергии при переходе из одного звена пищевой цепи в другое теряется, так как к следующему потребителю может поступить лишь та энергия, которая заключается в массе поедаемого организма. По грубым подсчетам, эти потери составляют около 90 % при каждом акте передачи энергии через трофическую цепь.
Следовательно, если калорийность растительного организма 1000 Дж, при полном поедании его травоядным животным в теле последнего останется из этой порции всего 100, в теле хищника - лишь 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю придется только 1 Дж, т. е. 0,1 %.
Таким образом, запас энергии, накопленный зелеными растениями, в цепях питания стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь включает обычно всего 4-5 звеньев. Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена только поступлением новых ее порций. Поэтому в экосистемах не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ (рис. 148). Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии, постоянного поступления ее извне в виде солнечного излучения или готовых запасов органического вещества.
Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют Цепями выедания (или Пастбищными, Или Цепями потребления), а цепи, которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, - Детритными цепями разложения. Таким образом, поток энергии, входящий в экосистему, разбивается далее как бы на два основные русла, поступая к консументам через живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества, источником которого также является фотосинтез.
В разных типах экосистем мощность потоков энергии через цепи выедания и разложения различна: в водных сообществах большая часть энергии, фиксированной одноклеточными водорослями, поступает к питающимся фитопланктоном животным и далее - к хищникам и значительно меньшая включается в цепи разложения. В большинстве экосистем суши противоположное соотношение: в лесах, например, более 90 % ежегодного прироста растительной массы поступает через опад в детритные цепи.
У живых систем есть одно принципиальное отличие от неживых систем - они совершают постоянную работу против уравновешивания с окружающей средой. В живых системах устойчиво неравновесное состояние. Жизнь - это единственный на Земле естественный самопроизвольный процесс, в котором энтропия уменьшается. Это возможно потому, что все живые системы являются открытыми для обмена энергией.
В окружающей среде есть огромное количество даровой энергии Солнца, а в составе самой живой системы есть компоненты, обладающие механизмами для улавливания, концентрирования и последующего рассеивания этой энергии в окружающей среде. Рассеивание энергии, то есть увеличение энтропии, - это процесс, характерный для любой системы, как неживой, так и живой, а самостоятельное улавливание и концентрирование энергии - это способность только живой системы. При этом происходит извлечение порядка, организации из окружающей среды, то есть выработка отрицательной энергии - негоэнтропии.
Такой процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией. Он ведет к уменьшению энтропии живой системы, противодействует ее уравновешиванию с окружающей средой. Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде избытка даровой энергии; во-вторых, способности эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду состояния с низкой энтропией.
Похожие статьи
-
Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав...
-
В противоположность пирамидам чисел и биомассы, отражающим статику системы (количество организмов в данный момент), пирамида энергии отражая картину...
-
Размеры биогеоценозов различны. Совокупности биогеоценозов образуют главные природные экосистемы, имеющие глобальное значение в обмене энергии и вещества...
-
Энергия в экосистемах. Жизнь как термодинамический процесс - Энергия экосистемы
Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей...
-
Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах - Экологическая система
Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для...
-
Биосфера представляет оболочку Земли, включающую в себя как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Вернадский показал, что...
-
Потоки энергии и вещества в экосистемах - Энергия экосистемы
Любая жизнь требует постоянного притока энергии и вещества. Энергия расходуется на осуществление основных жизненных реакций, вещество идет на построение...
-
ПОТОК ЭНЕРГИЙ В ЭКОСИСТЕМЕ. ПРАВИЛА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПИРАМИД - Основы экологии
Поток энергии в экосистеме (по Ф. Рамаду, 1981)В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно...
-
Круговороты вещества и энергии - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой,...
-
Основные понятия продуктивности экосистем - Продукция и энергия в экосистемах
Человек -- один из многих видов консументов, населяющих Землю. Для его существования необходимо произведенное растениями органическое вещество. По мере...
-
Введение - Продукция и энергия в экосистемах
Экосистема - это совокупность сосуществующих видов растений, животных, грибов, микроорганизмов, взаимодействующих между собой и с окружающей их средой...
-
Понятие об экосистемах. Естественная и искусственная экосистемы. - Экосистема
ЭКОСИСТЕМА (от греческого oikos - жилище, местопребывание и система), единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания...
-
Учение об экосистемах или синэкология - Основы экологии
Взаимосвязи и взаимоотношения организмов в экосистемах Ни один организм в природе не существует вне связей с условиями внешней среды, представленными...
-
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии - Энергия экосистемы
Свет -- единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие...
-
Потери энергии в цепях питания - Экологические системы
Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного зелеными растениями. При этом действует важная за кономерность,...
-
БИОСФЕРА, Основные свойства и функции биосферы, Биосфера и космическая энергия - Основы экологии
Биосфера -- одна из оболочек (сфер) Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены главным образом деятельностью живых организмов. Охватывает...
-
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой) как и любая экосистема состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая часть представлена:...
-
Понятие о круговороте веществ Деятельность живых существ в биосфере сопровождается потреблением из среды их обитания больших количеств разнообразных...
-
Энергия и продуктивность экосистем - Энергия экосистемы
Итак, жизнь в экосистеме поддерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое вещество энергии, передаваемой от одного трофического уровня...
-
Симбиоз - Взаимосвязи организмов в экосистемах
Экосистема организм паразитизм сожительство Как уже было сказано, симбиоз -- неразделимые взаимополезные связи двух видов, предполагающие обязательное...
-
Количество солнечной энергии в экосистеме - Энергия экосистемы
Поступающая на поверхность планеты солнечная энергия расходуется в экосистеме. Количество этой энергии очень велико и составляет примерно 55 ккал на 1...
-
Введение, Типы взаимодействий - Взаимосвязи организмов в экосистемах
В природе каждый живой организм живет не изолированно. Его окружает множество других представителей живой природы. И все они взаимодействуют друг с...
-
Солнечная энергия - Исследование экономических особенностей использования природных ресурсов
Один из источников энергии - Солнце. По классификации астрономов, Солнце - желтый карлик очень "средняя" для Галактики звезда по своим параметрам: массе,...
-
Другим видом альтернативного энергоносителя является ветровая энергия. Огромная энергия движущихся воздушных массв сто раз превышает энергетику всех рек...
-
Одним из основных факторов экономики любой страны, являются энергоресурсы. Их наличие, виды, доступ к ним значительно влияют на экономическое развитие...
-
Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и...
-
Энергия мирового океана - Проблема использования энергоресурсов
Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссаль-ны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перег-реву поверхностных вод океана по...
-
Энергия солнца, Геотермальная энергетика - Современные способы получения электрической энергии
Солнечная энергетика использует солнечные излучения для получения энергии в каком-либо виде. Ныне солнечная энергетика широко применяется в случаях,...
-
Как сказано выше, в настоящее время основные энергоресурсы, за счет которых обеспечиваются энер-гетические потребности человечества, это: органичес-кое...
-
Понятие экосистемы - Энергия экосистемы
Научно-техническая революция и бурный рост промышленного производства в 21 веке способствовали не только росту благосостояния человека, но и отрицательно...
-
Три минуса современной энергетики Энергетика оказалась первой крупной отраслью мировой экономики, которая столкнулась с ситуацией, когда традиционная...
-
Сертификация продукции - Технологии природопользования
Сертификация продукции в соответствии с Законом РФ от 10 июня 1993 г. "О сертификации продукции и услуг" - это деятельность по подтверждению соответствия...
-
Растительность, Запасы и продукция фитомассы - Основы экологии
Запасы и продукция фитомассы В запасах биомассы суши преобладает фитомасса, а в запасах биомассы океана -- зоомасса. Запасы фитомассы суши оцениваются...
-
Атомные электростанции - Рациональное использование энергии в целях сохранения природных ресурсов
Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является...
-
Биоценоз (от био. и греч. koinos -- общий), совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши пли водоема и характеризующихся...
-
Понятие "экосистема" введено английским ботаником А. Тенсли (1935), который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и...
-
Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат основой...
-
Функционирование экосистем - Основы общей экологии
Энергия В Экосистемах. Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с...
-
ВВЕДЕНИЕ, РОЛЬ ВОДЫ - Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем,...
-
Атомная Энергия. - Проблема использования энергоресурсов
Открытие излучения урана впоследствии стало ключом к энергетическим кладовым природы. Главным, сразу же заинтересовавшим исследователей, был вопрос:...
Продукция в экосистемах, Поток энергии в экосистемах - Продукция и энергия в экосистемах