Превращение энергии в экосистему

Основным источником энергии для экосистем является энергия солнца. Именно она создает тепло на поверхности планеты, кинетическую энергию потоков воздуха и потенциальную энергию гидросферы. Потребность человека в энергии составляет около 40 кКал/кг. Потребность живых организмов в энергии с уменьшением их размеров резко возрастает. 40% солнечной энергии, которая падает на Землю, отражается в космос. 60% переходит в тепло. Расходуется на испарение, осадки, ветер, фотосинтез. Из 100% солнечной энергии, которая падает на зеленый лист, усваивается всего лишь 2%.

Для оценки эффективности поглощения солнечной энергии используется понятие продуктивности. Различаются:

1. Первичная продуктивность, то есть общая скорость фотосинтеза

2. Чистая первичная продуктивность или чистая ассимиляция – скорость фотосинтеза за вычетом потерь энергии на дыхание;

3. Чистая продуктивность сообществ – это чистая ассимиляция, за вычетом потерь на дыхание и у гетеротрофов.

4. Вторичная продуктивность или энергия, которая накоплена у консументов

Доля первичной продукции, переходящей в чистую, в умеренном поясе составляет 60-70 %, на экваторе – 40%. При высоких температурах воздуха уходит большое количество энергии на питание. Чистая первичная продуктивность у деревьев сосредоточена на 80% в кронах, а у трав на две трети в корнях. Продуктивность агросистем и пустынь может различаться в 100 раз.

Превращение энергии в экосистемах идут по пищевым цепям. У продуцентов она идет на рост биомассы, создание запасов и дыхание. Начало пищевых цепей – растение и его живая ткань. Далее идет его семена, проводящая ткань, мертвая ткань и цветки.

При анализе пищевых цепей необходимо учитывать возможность концентрации токсических соединений при движении по цепи (например, содержание радиоактивного фосфора в яйцах гусей в миллион раз больше, чем в воде). По мере превращения энергии в пищевых цепях происходит повышение её качества.

Экологическая или пищевая пирамида – это трофическая по численности, биомассе и энергии живых организмов в экосистеме. Основанием этой пирамиды – продуценты. Последующие уровни – консументы, которые образуют этажи и вершины пирамиды. Экологическая пирамида по численности мало информативна, так как численность особей в популяциях может варьировать в 10¹⁷ раз. Более информативны пирамиды по биомассе. Их варьирование не выше 10⁵, а если брать варьирование по энергии, то будет всего лишь 5 раз.

Увеличение размеров экосистем обычно повышает величину её отдачи, но в тоже время снижает долю чистой продукции из-за роста стоимости самоподдержания этой системы. Уравновешивание скорости поступления и расхода энергии приводит к прекращению роста биомассы.

Классификация экосистем.

Энергетическая классификация экосистем различает 4 типа:

1. Природные, не субсидированные экосистемы, получающие энергию только от солнца. К ним относятся открытые океаны, глубокие озера и высокогорные леса.

2. Природные экосистемы, субсидируемые солнцем и другими источниками энергии. К ним относятся дождевые леса, приливные зоны и т.д.

3. Природные зоны, субсидируемые человеком и солнцем. К ним относятся агроэкосистемы, аквакультуры.

4. Зоны, получающие энергию от других экосистем в виде питания и топлива. К ним относятся урбанизированные территории

Интенсивные агроэкосистемы занимают около 60% всей пашни планеты. Для них характерно применение дополнительного потока энергии (кроме солнечной), резкое уменьшение разнообразия живых организмов и доминирование искусственного отбора.

В индустриальных агроэкосистемах затраты человеческого труда на единицу продукции меньше (в США 4% населения в сельской местности кормят остальные 96%), но общие затраты резко возрастают, что приводит к выделению больших государственных средств на горючее.

Обеспечение населения сбалансированными продуктами питания уже сейчас привело к пятикратному увеличению расходов на сельхозживотных.

Помимо энергетической классификации экосистемы классифицируются и по фауне, то есть по виду продуцентов. В водных экосистемах выделяют речные и озерные, экосистемы затопляемых устьев рек (или эстуариев) и экосистемы прибрежных вод и океанических глубин.