51. Превращение энергии при переходе из одного уровня на другой.

Переход вещества и энергии с одного трофического уровня на другой связан с потерями. Считается, что на каждом последующем уровне усваивается лишь 10% вещества и энергии предыдущего уровня. Эта закономерность получила название правила 10-ти % (правило Линдемана).

С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается.

Правило 10%: при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 10% передается на следующий уровень. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Поэтому длина пищевой цепи обычно не превышает 4 - 5 звеньев. Пирамиды численностей и биомасс. Мы можем собрать все образцы организмов в экосистеме и подсчитать численность всех видов, обнаруженных на каждом трофическом уровне. Такая информация необходима для создания пирамиды численностей для экосистем.

Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи или сети содержит определенное количество биомассы. Ее можно вычислить, если собрать все живые организмы с различных произвольно выбранных участков. Собранные экземпляры необходимо рассортировать по трофическим уровням, высушить и взвесить. Полученные данные в дальнейшем используются для построения пирамиды биомасс для определенной экосистемы.

Чистая первичная продуктивность растений. Скорость, с которой растения экосистемы производят полезную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью.

Чистая первичная продуктивность = скорость, с которой растения производят химическую энергию в процессе фотосинтеза - скорость, с которой растения расходуют химическую энергию в процессе дыхания

Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново. Закон подразумевает, что в результате превращения энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено. Выход энергии всегда равен ее затратам.

Закон справедлив как для обычных систем состоящих большого числа частиц, так и для систем из небольшого числа частиц. Первый закон термодинамики: Существует два способа изменения внутренней энергии - теплопередача и работа.

дельта U = A+Q

дельта U - изменение внутренней энергии тела;

Q - полученное им количество теплоты;

A - совершенная над телом работа.

Эта формула гласит, что изменение внутренней энергии тела есть величина равная сумме количества теплоты, полученной этим телом. и совершенной над ним работы.

Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать.

Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из кон-центрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, ко-торая становится недоступной для использования, есть энтропия. Чем выше упорядочен-ность системы, тем меньше ее энтропия. Таким образом, любая живая система, в том чис-ле и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии (энергия Солнца); во вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду. Таким образом, сначала улавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одного трофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности, организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии.

Весь запас энергии сосредоточен в массе органического вещества - биомассе, поэтому интенсивность образования и разрушения органического вещества на каждом из уровней определяется прохождением энергии через экосистему. Скорость образования органического вещества называют продуктивностью.

Различают первичную и вторичную продуктивность.

В любой экосистеме происходит образование биомассы и ее разрушение, при-чем эти процессы всецело определяются жизнью низшего трофического уровня - проду-центами. Все остальные организмы только потребляют уже созданное растениями органическое вещество и, следовательно, общая продуктивность экосистемы от них не зависит. Высокие скорости продуцирования биомассы наблюдаются в естественных и искусствен-ных экосистемах там, где благоприятны абиотические факторы, и особенно при поступлении дополнительной энергии извне, что уменьшает собственные затраты системы на поддержание жизнедеятельности. Такая дополнительная энергия может поступать в разной форме: например, на возделываемом поле - в форме энергии ископаемого топлива и работы, совершаемой человеком или животным. Таким образом, для обеспечения энергией всех особей сообщества живых организмов экосистемы необходимо определенное количественное соотношение между продуцентами, консументами разных порядков, детритофагами и редуцентами. Однако для жизнедеятельности любых организмов, а значит и системы в целом, только энергии недостаточно, они обязательно должны получать различные минеральные компоненты, микроэлементы, органические вещества, необходимые для построения молекул живого вещества.

(Консументы - организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живыми организмами - продуцентами или другими консументами. Редуценты - организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь ос-танками мертвых организмов (животных, растений). Детритофаги - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом вместе с содержащимися в нем микроорганизмами).

52-55-.Продуценты как компонент экосистемы./Продуценты как компонент экосистемы/Продуктивность фитоценоза и запасы биомассы/Консументы как компонент экосистемы/Редуциенты и дедритофаги как компоненты системы.

Продуце́нты — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Это, в основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики без солнечного света.

ПРОДУКТИВНОСТЬ ФИТОЦЕНОЗА

— (количество органической массы (биомассы), производимое растениями данного фитоценоза на единицу площади за год.

ФИТОМАССА (от греч. phyton -- растение илат. massa -- ком кусок),

— общая масса живого органического вещества растений, составная часть биологической массы. Различают фитомассу надземную (стволы и ветви деревьев и кустарников, побеги, хвоя, листья, цветки) и подземную (корни, корневища, клубни, луковицы и др.). Соотношение надземной и подземной фитомассы в разных типах растительных сообществ существенно различается и может меняться в зависимости от времени года. Обычно фитомасса измеряется массой абсолютно сухого вещества на единицу площади или объема (г/м2, кг/га, т/га, г/м3 и т. д.), реже -- в энергетических единицах (ккал и др.).

Важными показателями фитомассы являются ее объем, поверхность, химизм, калорийность, внутренняя и внешняя структура, фракционный состав, годичный прирост и др. Величина фитомассы растительного сообщества характеризует его организацию, биосферное значение.

Среди естественных растительных сообществ суши наибольший запас фитомассы накапливают леса, растущие в благоприятных условиях, например во влажных тропиках, где фотосинтез древесных пород почти равномерно осуществляется в течение всего года. Минимальные запасы фитомассы -- в сообществах, находящихся в экстремальных условиях (тундра, пустыня). Отмирающая фитомасса пополняет ресурсы минерального питания растений, участвует в формировании почвенного гумуса, влияет на химизм верхних горизонтов почвы, на состав и обилие почвенных животных и микроорганизмов.

Характер и размеры накопления фитомассы зависят не только от условий обитания, но и от биологических особенностей растений (в частности от продолжительности их жизни).

Консументы (от лат. consumе — употреблять) — гетеротрофы, организмы, потребляющиее готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических[1].

К консументам относят животных, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения. Классифицируют консументов первого, второго и других порядков, так как на каждом этапе передачи вещества и энергии в трофической цепи теряется до 90 %, экологические пирамиды редко состоят из более чем четырёх порядков консументов.

Консументы первого порядка (первичные консументы) — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы[2].

Консументы второго порядка — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка[2].

Отдельно взятый организм может являться в разных трофических цепях консументом разных порядков, например, сова, поедающая мышь, является одновременно консументом второго и третьего порядка, а мышь — первого и второго, так как мышь питается и растениями, и растительноядными насекомыми.

Любой консумент является гетеротрофом, так как не способен синтезировать органические вещества из неорганических. Термин «консумент (первого, второго и так далее) порядка» позволяет более точно указать место организма в цепи питания. Редуценты (например, грибы, бактерии гниения) также являются гетеротрофами, от консументов их отличает способность полностью разлагать органические вещества (белки, углеводы, липиды и другие) до неорганических (углекислый газ, аммиак, мочевина, сероводород), завершая круговорот веществ в природе, создавая субстрат для деятельности продуцентов (автотрофов).

Редуце́нты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.

От животных-детритофагов редуценты отличаются прежде всего тем, что не оставляют твердых непереваренных остатков (экскрементов). Животных-детритофагов в экологии традиционно относят к консументам. В то же время все организмы выделяют углекислый газ и воду, а часто и другие неорганические (аммиак) или простые органические (мочевина) молекулы и таким образом принимают участие в разрушении (деструкции) органического вещества.

Редуценты возвращают минеральные соли в почву и воду, делая их доступными для продуцентов-автотрофов, и таким образом замыкают биотический круговорот. Поэтому экосистемы не могут обходиться без редуцентов (в отличие от консументов, которые, вероятно, отсутствовали в экосистемах в течение первых 2 млрд лет эволюции, когда экосистемы состояли из одних прокариот).

Исследованиями Н. И. Базилевич и др. (1993) установлено, что в наземных экосистемах различают две группы факторов, регулирующих деструкционные процессы, играющие весьма существенную роль в биологическом круговороте.

Это прежде всего абиотические факторы — выщелачивание растворимых соединений, фотохимическое окисление органического вещества и реакции его механического разрушения вследствие замерзания—оттаивания.

Эти факторы наиболее проявляются в надземных ярусах экосистем, а биотические факторы — в почвенном. Абиотические факторы деструкции характерны для аридных и семиаридных ландшафтов (пустыни, степи, саванны), а также для континентальных высокогорий и полярных ландшафтов.

Биотические факторы деструкции — это в первую очередь сапротрофные организмы (беспозвоночные и позвоночные животные, микроорганизмы), населяющие почву и подстилку, причём ведущим фактором в наземных ландшафтах служит главным образом почвенная микрофлора.

Детритофа́ги (от лат. detritus — распад, продукт распада и греч. φάγος — пожиратель) — животные и протисты, которые питаются разлагающимся органическим материалом — детритом.