ТЕМА 1 Основы биологической экологии

Или

Продуктивность экосистем

 

Важным свойством организмов, их популяций и экосистем в целом является их способность к созданию (продуцированию) органического вещества, которое называют продукцией. Все живое вещество, которое содержится в экосистеме или ее элементах вне зависимости от того, за какой период оно образовалось и накопилось, называется биомассой. Обычно биомасса и продукция выражаются через абсолютно сухой вес. Это важный параметр, так как им определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) живых организмов, которые могут существовать в экосистеме.

Как вам известно, из 100 % солнечной энергии лишь прибли­зительно 1 % поглощается хлорофиллом и используется для син­теза органических молекул (остальные 99 % солнечной энергии отражаются, поглощаются с переходом в тепло или расходуются на испарение воды).

Консументы частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов («затраты на дыхание»), а частично строят на ее основе собственное тело. Результат создания и накопления биомассы на уровне консументов (животных) называется вторич­ной продукцией.

Скорость создания органического вещества в экосистемах на­зывается биологической продуктивностью. Продуктивность выражается количеством биомассы, синтезируемой за единицу времени (час, сутки, год) на единице площади (квадратные метры, гек­тар) или в единице объема (для водных экосистем: литры, куби­ческие метры). Продуктивность может быть выражена энергети­ческим эквивалентом биомассы.

Общая сумма биомассы, созданной автотрофами, определяет­ся как валовая первичная продукция (ВПП). Примерно 20 % энергии, заключенной в ней, расходуется растениями на «дыха­ние» (на рисунке обозначена буквой R).

Разница между валовой первичной продукцией и затратами на жизнедеятельность («затраты на дыхание») называется чистой первичной продукцией (ЧПП).

 

ЧПП = ВПП - R

 

В приведенном примере ЧПП составляет 8000 кДж/м ² год, т. е. 0,8 % от полученной солнечной энергии.

Для поедания одних организмов другими пища (вещество и энергия) переходит с одного трофического уровня на следующий. Непереваренная часть пищи выводится животными с экскремен­тами (в них также содержится определенное количество энергии, заключенное в органических веществах).

Энергетический баланс консументов условно складывается следующим образом:

 

Потребленная = Рост + «Дыхание» + Экскременты пища

Р = П + R + Н,

где Р - рацион консумента, т.е. количество пищи, съедаемой им за определенный промежуток времени, выраженное в единицах энергии;

П - энергия, затрачиваемая на рост организма;

R - энергия, затрачиваемая на «дыхание»;

Н - энергия неусвоенной пищи, выделенной в виде экскре­ментов.

Из рисунка видно, что в каждом звене пищевой цепи часть энергии переходит в другие формы. По ориентировочным подсче­там, эти потери составляют около 90 % при каждом акте передачи энергии через трофическую цепь. Следовательно, если первичная продукция растительного организма составляет 1000 Дж, при пол­ном поедании его травоядным животным в теле последнего оста­нется из этой порции всего 100 Дж, в теле хищника лишь 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю придется только 1 Дж (правило 10%). Таким образом, запас энергии, накоп­ленной зелеными растениями, в цепях питания стремительно исся­кает. Поэтому пищевая цепь включает обычно всего 4-5 звеньев.

Энергия, теряемая при «дыхании», не передается другим ор­ганизмам. Энергия же, заключенная в экскрементах, передается детритофагам и редуцентам и таким образом не теряется для эко­системы. Детритные цепи начинаются с мертвых организмов и отмерших частей растений (опавших листьев, ветвей). Доля чис­той первичной продукции, переходящей прямо в детрит и в пи­щевые цепи редуцентов, в разных экосистемах неодинакова. В лесной экосистеме большая часть первичной продукции поступа­ет в детритные цепи, а не в пастбищные.