2. Энергетические характеристики среды.

Организмы, живущие на земной поверхности или вблизи неё, подвергаются воздействию потока энергии, состоящего из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от близлежащих тел. И то и другое определяет климатические условия среды ( t ^оС, скорость испарения воды, движение воздуха и воды и т.п.), но лишь малая часть солнечного излучения используется в фотосинтезе, обеспечивающем энергией живые компоненты экосистемы. На верхнюю границу биосферы из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал на см² в 1 минуту, но, проходя через атмосферу, он экспоненциально ослабляется, и в ясный летний полдень до поверхности Земли может дойти не более 67% его энергии, т.е. 1,34 кал/см² в 1 мин.

Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет ослабляется ещё сильнее, и в нём значительно изменяется распространение энергии по разным участкам спектра. Поступление солнечной энергии к автотрофному слою экосистемы за день обычно варьирует от 100 до 800 кал/см², в среднем составляя 300-400 кал/см² (3000-4000 ккал/м²). Эти данные относятся к умеренной зоне.

Суточный поток тепловой энергии в экосистеме (или поток, полученный за сутки организмами, на которые падает солнечный свет) может быть в несколько раз больше или значительно меньше притока солнечного излучения. Изменения общего потока излучения в разных ярусах экосистемы, а также его колебания в зависимости от сезона и от места положения экосистемы на земном шаре весьма значительны, и распределение отдельных организмов связано с этими вариантами.

3. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни.

Перенос энергии пищи от её источника – растений – через ряд организмов, происходящий путём поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. При каждом очередном переносе большая часть (80 – 90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Это ограничивает возможное число этапов, или "звеньев цепи", обычно до 4-5–ти. Чем короче пищевая цепь (чем ближе организм к её началу), тем большее количество доступной энергии. Пищевые цепи можно разделить на два основных типа:

– пастбищные цепи, которые начинаются с зелёного растения и идут далее к пасущимся, растительноядным животным и к хищникам (организмы, поедающие животных);

– детритные цепи, начинаются от мёртвого органического вещества, идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к детритофагам и к хищникам.

Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Их сплетение часто называют пищевой сетью. В сложном природном сообществе организмы, получающие свою пищу от растений через одинаковое число этапов, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так, земные растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные – второй (уровень первичных консументов), хищники, поедающие травоядных, – третий (уровень третичных консументов). Необходимо подчеркнуть, что эта трофическая классификация делит на группы не сами виды, а их типы жизнедеятельности; популяция одного вида может занимать один или более трофических уровней, смотря по тому, какие источники энергии она использует (рис. 8.1.)

Поток энергии через трофический уровень равен общей ассимиляции (А) на этом уровне, а общая ассимиляция в свою очередь равна продукции биомассы (Р) плюс дыхание (R):

A = P + R

Рис. 8.1. Упрощенная наземная пищевая цепь, показывающая последовательность тро­фических уровней (по Риклефсу).

Поток энергии при переходе на последующий трофический уровень рассеивается в виде тепла, а также вследствие того, что организмы расходуют энергию не только на рост и размножение, но и на поддержание своего существования.

Энергия, "включающаяся" в процессе роста и размножения в биомассу, т.е. в пищу следующего, более высокого трофического уровня, соответствует лишь небольшому проценту всей съеденной пищи (рис. 8.2.).

Рис. 8.2. Распределение энергии в пределах одного звена пищевой цепи.