13. Энергетика экосистем. Экологические пирамиды. Продукция и распад. Продуктивность водных и наземных экосистем. Экологическая эффективность.

Энергетика экосистем

Без переноса энергии, сопровождающего такие изменения как рост, самовоспроизведение и синтез сложных хим-х соед-й не было бы ни жизни, ни экологических систем.

C точки зрения процессов преобразования энергии природная экосистема – это любая физическая система, для которой должен выполняться первый закон термодинамики, или закон сохранения энергии, гласящий, что энергия может переходить из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но она не исчезает и не создается заново.

Следует учитывать и второй закон термодинамики, который утверждает, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потерь некоторой ее части. Определенное количество энергии в таких превращениях рассеивается в недоступную тепловую энергию, а следовательно, теряется (такое явления называют энтропией. Э. – количество энергии, которая становится недоступной для использования).

Экологические пирамиды

Экологическая пирамида - это графическое изображение соотношения между продуцентами и консументами всех уровней в экосистеме. Различают три основных типа экологических пирамид:

1) Пирамида чисел (численности) или пирамида Элтона отражает численность отдельных организмов на каждом трофическом уровне.

Правильная форма	перевернутая
Водных экосистемы (пруд) и наземных экосистем (луг, степь). Например: тысяча особей фитопланктона в небольшом пруду может прокормить 100 особей мелких ракообразных – консументов первого порядка, 10 особей рыб 1 окуню	Леса умеренного пояса. Например: в лесу умеренного пояса летом небольшое количество больших деревьев - продуцентов снабжает пищей огромное количество небольших по размеру насекомых-фитофагов и птиц - консументов первого порядка.

2) Пирамиды биомассы, в которых используется суммарная масса (обычно сухая) организмов на каждом трофическом уровне. В наземных экосистемах – правильные пирамиды; перевернутые – в океане, где биомасса продуцентов оказывается меньше, чем консументов, а иногда и редуцентов, и в основании пирамиды находятся не растения, а животные.

3) Пирамиды энергии, учитывающие энергоемкость организмов каждого трофического уровня. Оона всегда будет правильной формы. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы.

Продукция и распад.

Продуктивностью экосистемы называют их способность создавать и наращивать органическое вещество. Биомассой называют органическое вещество, имеющееся в экосистеме в конкретный момент, вне зависимости от периода, за который она образовалась. Биомассу обозначают буквой Б и выражают в единицах массы на единицу площади, например, т/га. Под первичной продуктивностью экосистемы понимается скорость, с которой солнечная энергия усваивается продуцентами.

2 пути продуцирования органических веществ: фотосинтез у зеленых растений, хемосинтез бактериями. Различают: Валовая первичная продуктивность – общая скорость фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание) (“валовым фотосинтезом”). Чистая первичная продуктивность – скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом органики, израсходованной на дыхание (“наблюдаемым фотосинтезом”). Скорость накопления энергии консументами называется вторичной продуктивностью. Под разложением (распадом, деструкцией) понимается процесс превращения сложных высокомолекулярных соединений в более простые. Биохимическая формулировка:

разложение — биологическое окисление, идущее с выделением энергии в той или иной форме.

Деструкции подвергаются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, гормоны и другие органические соединения. К процессам распада органического вещества относят: тканевое дыхание, окисление, гниение. В результате разложения: 1. возвращаются в круговорот потенциальные элементы питания, находящиеся в мертвом органическом веществе. 2. производится пища для последовательного ряда организмов в детритных пищевых цепях. 3. осуществляется процесс биологического самоочищения во всех природных средах.

Продуктивность водных и наземных экосистем.

Наземные экос. Наивысшую удельную продуктивность дают болотистые экосистемы — влажные тропические джунгли. Эти экосистемы очищают воздух и стабилизируют состав атмосферы, очищают воду и, являются местами размножения для огромного числа рыб и других обитателей вод. Нельзя недооценивать и вклад лесов умеренного пояса и тайги (они более устойчивы к анрт-м факторам, чем влажные троп. джунгли). Наименее продуктивны степи, полупустыни и пустыни), с/х угодья.

Водные экос. Биопродуктивность открытого океана почти столь же низка, как у полупустынь, а его огромная суммарная продуктивность объясняется тем, что он занимает более 50 % поверхности Земли, вдвое превосходя всю площадь суши. Наиболее продуктивные районы в океане расположены в зонах перемешивания теплых экваториальных вод и холодных северных. В результате перемешивания глубинные воды, богатые биогенными элементами выносятся в поверхностные слои в зону фотосинтеза, формируя высокую первичную продукцию. Апвеллинг — это процесс подъема холодных вод с глубины океана там,

• Продуктивность убывает в направлении от экватора к полюсам!

Экологическая эффективность.

Эффективность экосистемы – отношение полезно использованной энергии к её суммарному количеству. (Ре)-продукция, (ΣРP)-суммарная первичная продукция за год или вегетационный сезон

Eе=Ре/ ΣРP . Получение высокой продукции в экосистеме возможно только при упрощении ее структуры.