Энергия экосистемы

Энергетические потоки. Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет — единственный на Земле пищевой ресурс, энергия кото­рого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает про­цесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают орга­ническое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия че­рез растения как бы передается всем организмам.

Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую, или трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов (создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так 4—6 раз с одного трофического уровня на другой.

Трофический уровень — это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень — это продуценты, все ос­тальные — консументы. Второй трофический уровень — это рас­тительноядные консументы; третий — плотоядные консумен­ты, питающиеся растительноядными формами; четвертый — консументы, потребляющие других плотоядных, ит. д. Следо­вательно, можно и консументов разделить по уровням: консу­менты первого, второго, третьего и т. д. порядков.

Четко распределяются по уровням лишь консументы, спе­циализирующиеся на определенном виде пищи. Однако есть ви­ды, которые питаются мясом и растительной пищей (человек, медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полно­стью — от 12 до 20% у некоторых растительноядных, до 75% и более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов, ко­торые называют тратой на дыхание, оцениваемая общим коли­чеством СО₂, выделенного организмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и некоторого запаса питатель­ных веществ, т. е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и особенно при активной мышечной работе. В конечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в тепло­вую и рассеивается в окружающей среде.

Таким образом, большая часть энергии при переходе с од­ного трофического уровня на другой, более высокий, теряется. Приблизительно потери составляют около 90%: на каждый сле­дующий уровень передается не более 10% энергии от предыду­щего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попаданиии в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищ­ника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1% от калорийности растительной пищи.

Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, поскольку трофические цепи эко­систем сложно переплетаются, образуя трофические сети.

Но конечный итог: рассеивание и потери энергии, чтобы существовала жизнь, должны возобновляться.

Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питает­ся значительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапрофаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию, заключен­ную в детрите. Поэтому различают два вида трофических це­пей: цепи выедания, или пастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные це­пи разложения, которые начинаются с остатков отмерших рас­тений, трупов и экскрементов животных.

Таким образом, входя в экосистему, поток лучистой энер­гии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, но источник энергии общий — солнечный свет.

Принцип биологического накопления. В круговорот веществ в экосистеме часто добавляются ве­щества, попадающие сюда извне. Они концентрируются в тро­фических цепях и накапливаются в них, т. е. происходит их биологическое накопление. Это явление наглядно видно на примере концентрирования радионуклидов и пестицидов в трофических цепях.

Наиболее известна способность к биологическому накоплению у ДДТ — вещества, ранее широко применявшегося для борьбы с вредными насекомыми и запрещенного к примене­нию в настоящее время. Ю. Одум (1975) приводит пример то­го, как недоучет закономерностей биологического накопления, обусловленного экологическими процессами, привел к гибели птиц, питающихся гидробионтами, хотя опыляли комаров на болотах Лонг-Айленда (п-ов Флорида), давая концентрацию ДДТ значительно ниже дозы, смертельной для рыб идругих животных. Он объясняет это тем, что ядовитые осадки адсор­бировались на детрите, концентрировались в тканях редуцен­тов (детритофагов) имелкой рыбы, а дальше — вхищниках, таких как рыбоядные птицы. Благодаря многократному погло­щению с начала детритной цепи, яд накапливался вжировых отложениях рыб иптиц. И даже если его доза была ниже смертель­ной иптицы не погибали сами, то ДДТ препятствовал образо­ванию яичной скорлупы: тонкая скорлупа лопалась еще до то­го, как разовьется птенец. Такие явления могут привести к унич­тожению целых популяций хищных птиц.

Таким образом, принципы биологического накопления на­до учитывать при любых поступлениях загрязнений в окружающую среду.

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под экосистемой?

2. Пищевые взаимоотношения организмов и трофическая структура экосистемы.

3. Какие трофические системы явля­ются проводниками энергетических потоков в экосисте­мах?

4. Какое экологическое значение имеют продуцирование и разложение в природе? 5. В чем состоит экологическое значение принципа биологи­ческого накопления?

Дата добавления: 2014-01-07