Тема:  энергетика и биологическая продуктивность

ТЕМА:  ЭНЕРГЕТИКА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ

ПИЩЕВЫЕ СЕТИ

Очень редко встречается ситуация, при которой данный вид является участником только одной пищевой цепи. Чаще он входит в несколько пищевых цепей, часто занимая в них различное положение (см. рис.).

В результате этого формируются пищевые сети. Наличие пищевых сетей обеспечивает большую устойчивость экосистем. Так, если в результате изменения условий какой либо вид продуцентов резко снизит свою численность, питающиеся им консументы первого порядка перейдут на другие источники питания, лишь незначительно снизив свою численность, а консументы второго порядка вообще могут на это не отреагировать, т.к. их пищевая база почти не изменится.

Б. Схема расчета потока энергии через простую цепь питания

На рис. 5 схематически показан поток энергии через три уровня простой цепи питания. Чистая продукция (Пч) равна первичной валовой продукции (П_в) за вычетом потерь на дыхание (Д₁):

Часть созданных продуцентами веществ служит кормом (К) растительноядным животным; остальная часть их (Н) оказывается неиспользованной; она, в конце концов, отмирает и поступает в пищу биоредуцентам. Из количества пищи (К), съеденной растительноядными, некоторое количество (А₂) ассимилируется, а часть выбрасывается в форме выделений и экскрементов (Э). Из ассимилированного корма (А₂) лишь часть идет на образование биомассы растительноядных животных; для создания биомассы используется энергия, выделяемая при дыхании, на что и затрачивается вторая часть корма.

Хищники истребляют всех возможных жертв, а из той доли, которую они пожирают и ассимилируют, лишь одна часть вещества используется на создание биомассы этого уровня; другая часть затрачивается на дыхательную энергию.

 

Чтобы измерить поток энергии, протекающий через экосистему в форме ассимилированных органических веществ, необходимо количество последних выразить в одинаковых единицах этой энергии, работы, теплоты (кДж).

Обычно принимают следующие соотношения: для 1 г углеводов — 4 кДж; протеинов — 4; липидов — 9; стволовой древесины — 4,5; живых листьев — 4,7; лесной подстилки — 4,5 кДж. Следовательно, при сжигании 1 г абсолютно сухого вещества выделяется 4 кДж энергии.

В. Экологические пирамиды

Каждый из компонентов биоценоза образует в цепи пищевых взаимоотношений свой трофический уровень, или ступень. Согласно второму закону термодинамики, на всех ступенях пищевых цепей идет выделение в окружающее пространство тепла, т.е. потеря вещества, а, следовательно, и химической энергии. (Уже в момент соприкосновения солнечной энергии с уровнем продуцентов большая ее часть рассеивается в форме теплоты, лишь 1 % используется на фотосинтез).

От каждого предыдущего уровня до следующего доходит лишь 10% энергии, поэтому функциональные взаимосвязи, т. е. трофическая структура и представляется в виде пирамиды. Основанием экологических пирамид служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа построения экологических пирамид:

1) пирамида чисел (пирамида Элтона), отражающая численность организмов на каждом уровне;

2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества (вес, калорийность и т. д.);

3) пирамида продукции (или энергии), показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последующих трофических уровнях.

Перевёрнутые пирамиды

Если скорость размножения популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость размножения.
По этой причине пирамиды численности могут быть перевёрнутыми, т. е. плотность организмов в данный конкретный момент времени на низком трофическом уровне может быть ниже, чем плотность организмов на высоком уровне.

Например, на одном дереве может жить и кормиться множество насекомых (перевёрнутая пирамида численности).

 

 

Перевёрнутая пирамида биомасс свойственна морским экосистемам, где первичные продуценты (фитопланктонные водоросли) очень быстро делятся (имеют большой репродуктивный потенциал и быструю смену поколений). В океане за год может смениться до 50 поколений фитопланктона. Потребители фитопланктона гораздо крупнее, но размножаются значительно медленнее. За то время, пока хищные рыбы (а тем более моржи и киты) накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых намного больше.

 

 

Пирамидами биомасс не учитывается продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях и скорость образования и выедания биомассы.

Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды скоростей образования живого вещества, т. е. продуктивности. Их обычно называют пирамидами энергий, имея в виду энергетическое выражение продукции.

ТЕМА:  ЭНЕРГЕТИКА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ