44. Энергетика экосистем.

Энергия поступает в экосистему извне, подвергается преобразованию и выделяется из нее. Приток солнечной энергии – единственный источник энергии для биосферы, определяющий продуцирование живой материи, так как от него зависит вся активность фотосинтетических механизмов. При постоянстве других экологических факторов ассимиляция хлорофиллов в определенном биотопе будет тем интенсивнее, чем больше солнечной энергии поступает на Землю.

Подобное соответствие наблюдается на континентах в экваториальных районах, где в течение всего года приток световой энергии максимален. Более 30% солнечного излучения, достигающего верхней границы стратосферы, сразу же отражается самой атмосферой и облаками в космическое пространство. Около 8% солнечной радиации поглощается пылью, взвешенной в воздухе. Более 10% приходящего излучения поглощается водяным паром, озоном и другими газами. И только 52% солнечного излучения достигает поверхности Земли. Но и на этом уровне около 10% излучения теряется на отражение (альбедо), и почти половина используется как источник тепла в процессах транспирации и испарения. Окончательно в распоряжении экосистем остается только 40% излучения, из которых едва лишь четверть используется растениями и стимулирует фотосинтез.

Хлорофилл и другие близкие ему пигменты поглощают энергию, сосредоточенную в длинах волн 0,4…0,5 мкм (голубые) и 0,61…0,69 мкм (красные). Поэтому в реальных условиях только 10% энергии, получаемой растениями (в видимой области спектра), действительно трансформируются в биомассу. Если соотнести количество энергии, преобразованной в органические вещества хлорофиллоносными растениями, с общим количеством солнечной энергии, достигающей поверхности земли, то коэффициент полезного действия фотосинтеза оказывается очень низким (0,1…1,6 %). Энергия, улавливаемая растениями, составляет в среднем 1% приходящего солнечного излучения. Скорость, с которой продуценты поглощают лучистую энергию солнечного излучения, а значит, и скорость, с которой в экосистеме происходит накопление органического вещества, определяют как биологическую продуктивность.

В процессе производства биологического вещества в экосистеме выделяют четыре последовательных уровня:

1. Валовая первичная продуктивность – скорость накопления в процессе фотосинтеза органического вещества (биомассы).

2. Чистая первичная продуктивность – скорость накопления органического вещества в организмах продуцентов за вычетом той части, которая была израсходована ими на дыхание.

3. Вторичная продуктивность сообщества – скорость накопления органического вещества на уровне консументов, которые, как известно, питаются готовой биомассой.

4. Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами. Другое название чистой продуктивности сообщества – урожай на корню.

Продуктивность экосистемы зависит от ряда факторов. Высокие скорости продуцирования наблюдаются в экосистемах, где физические факторы благоприятны, особенно в случаях поступления в экосистему дополнительной энергии извне. Поступление энергии со стороны абиотических компонентов экосистемы уменьшает затраты живых организмов на поддержание собственной жизнедеятельности. Для оценки продуктивности экосистемы необходимо также учитывать утечку энергии с урожаем продукции, а также стрессовые воздействия, которые уменьшают долю энергии, задействованной в процессе производства биомассы.

Перенос энергии в экосистеме осуществляется через так называемые пищевые цепи. В свою очередь, пищевая цепь – это перенос энергии от ее первоначального источника (обычно автотрофы) через ряд организмов путем поедания одних другими.