Продуктивность экосистем
Продуктивность - это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи другими организмами (биомасса, производимая на единице площади в единицу времени).
Продуктивность может выражаться в единицах массы, энергии, числа особей.
Различают первичную и вторичную продуктивность.
Первичная продукция – органическая масса, создаваемая продуцентами (растениями) в единицу времени.
Основная масса первичной продукции образуется ЭС суши – до 155млрд.т., в ЭС МО – до 55 млрд.;
Вторичная продукция – прирост массы консументов (животных) за единицу времени. В ЭС МО – 3000 млн.т/г., в ЭС суши – 900 млн.т./г.;
Продуктивность биосферы – 164 млрд. т сухого органического вещества в год.
Поток энергии в экосистеме.
Законы термодинамики:
Закон сохранения энергии
Поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превращения энергии света всегда будет меньше ста процентов.
Энтропия — мера количества связанной, которая становится неиспользованной.
Важнейшая термодинамическая характеристика экосистем — это способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности. Состояние низкой энтропии достигается постоянным и эффективным рассеиванием легко используемой энерги (света и пищи) и превращение ее в энергию используемую с трудом. Рассеивание поддерживается дыханием. Таким образом все экосистемы представляют собой открытые термодинамические системы, постоянно обменивающиеся энергией со средой, тем самым уменьшая энтропию внутри себя, но увеличивая ее во вне. Все разнообразие проявления жизни на Земле сопровождается превращениями энергии.
Экология, как наука, изучает связь между светом и экологическими системами и способы превращения энергии внутри систем. Для описания поведения энергии в экоситсеме введено понятие «поток энергии».
Организмы, живущие на земной поверхности, подвергаются воздействию потоков энергии из двух составляющих: солнечно излучение и длинноволновое тепловое излучение от всех нагретых тел. Солнечное излучение, в отличие от длинноволнового, имеет четко выраженную направленность и существует только во время светового дня. Продуктивность экосистем определяется только солнечным излучением.
Распределение солнечной энергии, получаемой биосферой:
30% — отражается;
46% — переходит в тепло;
23% — испарения и осадки;
0,2% — ветер, волны и течения;
0,8% — фотосинтез.
Только 10% энергии переходит на следующие уровни экосистемы. Чем больше уровней, тем больше энергетические потери.
Пищевые цепи, сети. Трофические уровни.
В сложных природных сообществах организмы получающие свою энергию от Солнца через одинаковое количество ступеней принадлежат одному трофическому уровню. Любая экосистема включает несколько трофических уровней:
Зеленые растения. Уровень продуцентов.
Травоядные животные. Уровень первичных консументов.
Первичные хищники. Уровень вторичных консументов.
Вторичные хищники. Уровень третичных консументов.
Перенос энергии пищи через ряд организмов путем поедания одних организмов другими называется пищевой цепью, таким образом, пищевая цепь объединяет трофические уровни.
Все пищевые цепи делятся на пастбищные и детритные. Детритные начинаются с мертвого органического вещества (детрита), затем следуют детритофаги и хищники. Пищевые цепи одной экосистемы объединяются в пищевые сети.
Отношение величины потока энергии в разных точках пищевой цепи выраженное в процентах называется экологической эффективностью. Важными факторами для определения эффективности является не только количество, но и качество энергии. Одинаковое количество энергии, но разных форм сильно различаются по своему рабочему потенциалу.
Качество энергии измеряется ее количеством, расходуемом при превращении или затрачиваемым на получение другого вида энергии. Энергия является основой для классификации экосистем.
Выделяют четыре вида экосистем:
Природные экосистемы, движимые Солнцем и НЕ субсидируемые другими источниками. Имеют малую продуктивность и не поддерживают высокую плотность биомассы. (Открытый океан, глубокие озера, участки горных лесов).
Природные, движимые Солнцем и субсидируемы другими естественными источниками (приливы, течения). (Эстуарии, тропические леса).
Движимые Солнцем и субсидируемые человеком. (Наземные и водные агросистемы).
Индустриально-городские экосистемы, движимые топливом.