Универсальная модель потока энергии
Данная модель может быть приложена к любому живому компоненту системы, будь то растение, животное, микроорганизм, особь, популяция или трофическая группа.
Общее поступление энергии будем обозначать буквой I. Для облигатных (100%) автотрофов – это свет, для облигатных гетеротрофов – органическая пища. Возможно и использование обоих источников энергии. Не вся энергия, поступающая в биомассуВ, подвергается превращению. Потери обозначены какNU. Таким образом, ассимилируемая часть энергииАравнаI-NU. Эффективность ассимиляцииА/I=1 -NU/Iпринимает значения в широких пределах от 0 до 1. Оно может быть очень мало, как в случае усвоения света растениями или ассимиляции пищи у животных – детритофагов, или же очень велико, как в случае животных или бактерий, питающихся высококалорийной пищей, например сахарами и аминокислотами.
Для автотрофов ассимилированную энергию принято называть валовой первичной продукциейиливаловым фотосинтезом. Для гетеротрофовА– это пища или "метаболизированная энергия".
NU
B
S
I APG
Е
R
I– поступившая или поглощённая энергия;
NU– неиспользованная энергия;
A– ассимилированная энергия;
P – продукция;
R– дыхание;
B– биомасса;
G– рост;
S– накопленная энергия;
E – выделенная энергия;
A = I – NU ; P = A – R ; G = P – S – E.
Ассимилированная энергия Аделится напродукциюсистемыРи надыханиесистемыR. Та часть ассимилированной энергии А, которая окисляется и теряется в форме тепла, называетсядыханием(R), а та часть, которая превращается в новое или принадлежащее другому виду органическое вещество, называетсяпродукцией(Р). У растений эточистая продукция, у животных –вторичная продукция.
Продукция может принимать различные формы: G–ростили увеличение биомассы,Е–ассимилированное органическое вещество, выделяемое с экскрементами, секретируемое или извлекаемое,S–запас, например, жировые накопления, которые могут быть использованы позже. Обратный потокSможно назвать и "рабочей петлей", поскольку это та часть продукции, которая используется для обеспечения энергией в будущем, например, хищник использует энергию запасенных веществ, чтобы найти новую жертву.
Продукция экосистемы Рувеличивает биомассу экосистемыВ. Чтобы выявить связь между потоком энергии и биомассой, последнюю принято представлять в единицах энергии: в калориях или джоулях. И это вполне естественно. Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии. Эту энергию можно извлечь, разрушив химические связи органического вещества. 1г сухого органического вещества растения в среднем соответствует 18.7 кДж энергии (4.5 ккал). В более богатых белками и жирами семенах растений энергетический эквивалент выше – около 20.0 кДж (5.2 ккал). 1г сухого вещества позвоночного животного (мяса) заключает 23.5 кДж (5.6 ккал).
Важнейшей энергетической характеристикой экосистемы является отношение Р/RилиR/B. В экосистеме отношение общего дыхания сообщества к его суммарной биомассе (R/B) можно рассматривать как отношение затрат энергии на поддержание жизнедеятельности к энергии, заключенной в структуре, или какмеру термодинамической упорядоченности. Данную величину называют "соотношением Шредингера” и оно служит мерой экологического оборота. Это отношение (R/B) равно отношению прироста энтропии (и соответствующей работы), связанного с поддержанием структуры, к энтропии упорядоченной части. Чем больше биомасса, тем больше затраты на поддержание; но если размер единиц, на которые поделена биомасса, достаточно велик, то затраты на поддержание процессов, идущих против температурного градиента, в пересчете на структурную единицу биомассы будут ниже. ВеличинаР, напротив, сравнительно велика в активных популяциях мелких организмов, например бактерий или водорослей, в молодых, быстро растущих сообществах и в системах, получающих энергетические дотации. При стрессовых воздействиях на системуRвозрастает.